“内燃负压”式密闭燃烧喷泉装置

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摘要：针对现行各版本教材中，固体与气体的反应大多在敞口容器中进行，实验操作复杂，造成烟气挥发污染的问题，设计了“内燃负压”实验装置，实现固体在气体中的燃烧，并利用负压，产生喷泉现象，操作简单、环保，更能激发学生的学习兴趣。

关键词：“内燃负压”装置；固体在气体中燃烧；实验改进

文章编号：1005-6629（2013）7-0047-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

现行中学化学教材中的许多固体在气体中的燃烧实验，大多都是先将固体在酒精灯火焰上引燃或灼烧后再伸入到所需的气体中，如铜、铁在氯气中燃烧就是先将铜丝、铁丝在酒精灯火焰上引燃后，再迅速伸入到盛有氯气的集气瓶中进行反应。该操作步骤繁琐，而且燃烧过程中会在空气中产生大量烟尘，并会造成氯气的泄露，也不容易观察实验现象。根据微量化学、绿色化学的理念，现以铁丝在氯气中燃烧进行设计、改进。

1 实验设计思路

燃烧条件的转变：物质的燃烧需要具备两个条件，一是可燃物与气体接触，二是达到物质所需的着火点。根据这一条件可实现物质的密闭式燃烧。

负压条件的形成：固体在气体中燃烧大多是熵减反应（熵用来描述体系的混乱度，熵值越大，体系混乱度越大），会造成反应前后气体体积的减小。在密闭系统中，熵减燃烧反应发生后，会使该体系的压强减小，即会形成密闭体系的负压。

喷泉观察的便利：密闭体系的负压形成后，在与外界连通后，会造成气体、液体的大量进入，依据该条件可设计成喷泉实验。

根据以上条件，可设计“内燃负压”式密闭燃烧喷泉装置。在充满反应气体的密闭容器中，通过提供热源达到固体物质的着火点，以实现燃烧反应。反应后由于密闭容器内压强的减小形成负压，可根据生成物的性质设计成喷泉装置。从而达到形成喷泉和产物检验的一体化。

2 实验用品

125mL集气瓶一个、玻璃导管、橡胶管、橡胶塞、学生稳压电源、发热电阻丝16厘米、蒸馏水、200mL1mol·L-1氢氧化钠溶液、绝缘导热胶带、绝缘隔热胶带。

3 实验装置及操作

3.1内热电阻丝发热芯的制作

取一根1000瓦电热电阻丝，截取16cm，将其进行对折（不要用力以防折断且对折后不要接触），然后用绝缘导热胶带缠绕2到3圈，露出两头，以便与外接电源导线连接，即可制得5cm左右的内热电阻丝发热芯。

3.2“内燃负压”装置的改进

在收集氯气集气瓶的胶塞中间打一孔，将制作好的发热芯插入橡胶塞并固定好（与胶塞接触处可缠1圈绝缘隔热胶带以防止胶塞受热焦化），并在发热芯上缠绕少许光亮无锈的铁丝，以改造成“内燃负压”装置（见图1）。

3.3内燃的发生

将收集满氯气的集气瓶两端的橡胶管用止水夹关闭，然后将发热芯两极用导线与16V学生稳压电源相连接，接通电源，大约10秒钟就可看到集气瓶中充满红棕色的烟。

3.4喷泉的形成

待发烟现象停止后，断开外接电源。将集气瓶冷却后倒挂于铁架台铁圈上，再将伸入集气瓶中的长导管的另一端末端伸入盛有200mL 1mol·L-1的氢氧化钠溶液的烧杯中，打开止水夹，可看到集气瓶中形成美丽的喷泉（见图2）。

3.5产物的验证

将喷泉发生后的集气瓶倒置于桌面上，待沉淀完全后，可清晰看到底部的红褐色氢氧化铁。

4 改进后的优点

4.1燃烧实验、喷泉实验一体化

将两个实验有机地结合在一起，实现资源的重组优化，有利于学生综合实验能力的培养。

4.2产物验证、尾气处理一体化

该实验中过量的氯气被氢氧化钠溶液吸收，同时生成的氯化铁与氢氧化钠溶液反应生成红褐色氢氧化铁沉淀，一举两得。

4.3绿色环保

该反应在密闭系统中进行，避免了反应气体和生成烟尘对人体的伤害。过量气体被氢氧化钠钠溶液吸收，减少了污染性气体的排放，体现了环保意识、绿色化学精神。

4.4装置应用广泛

大多金属丝在气体中的燃烧都可以采用该装置。