“氢氧焰实验”的新设计

李彬

摘要：氢氧焰实验适用于学习氢气与氧气的相关知识。主要通过对比实验，用边讲边实验法有序地学习气体的实验室制法、性质和用途等。优化后的实验呈现在学生面前，装置耳目一新，学生兴趣一下子被激发，学习变得更主动了。尤其在进行氢气和氧气的相关知识复习时，该实验的优点就更多了，复习效果非常好，值得推广和应用。

关键词：氢氧焰；切割焊接；实验优化组合；激发兴趣；教学效益

文章编号：1008-0546（2017）07-0000-00 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.000

《课程标准》对化学教学的最基本要求就是“通过实验学化学”，为更好的发挥实验的功能，笔者在平时教学中不断反思，积极探索，查阅相关资料，对教材中氢气和氧气的相关实验进行优化组合，有效提升了教学效益。

一、问题的提出

在教材（沪教版2013年版九年级上册）第33-34页学习氧气的用途时，“……在工业生产和科学研究中，有时使用纯氧代替空气，以获得更高的温度。例如火箭中使用液态氧作为助燃剂；在焊接时让乙炔在纯氧中燃烧，即可获得焊接和切割金属所需的高温……”[1]，教材中提供的这些情境素材，总觉得离学生的生活很远，学生无法亲身体验，留下的印象不深。

在复习氢气和氧气相关知识时，穿插实验进行复习，会改变原有复习课“知识习题化”带来的枯燥乏味，收到一定的效果。但若是将教材中原有实验原封不动的重新再做一遍，恐怕学生的学习积极性也很难被激发。

围绕以上的问题，结合李为才老师的《氢氧焰装置》[2]一文，积极探索深入研究，将教材中原有实验装置进行了如下的实验整合创新，收到了不一样的效果。

二、实验仪器与药品

分液漏斗（2个）、锥形瓶（2个）、玻璃导气管、乳胶管、石英玻璃三通管（内含细直石英玻璃短管）、铁架台（含铁夹）、塑料活塞、气球（绿色、蓝色各1个）、酒精灯等

过氧化氢溶液（15%）、稀硫酸（30%）、金屬锌花、二氧化锰丸、铁片、铁丝

三、实验装置构造（已省去夹持物）

1. 装置介绍

（1）制氢和制氧装置（如图1所示）：均采用固液制气原理，装置中增添了两个气球，起到储存气体和缓冲气压的作用；玻璃导气管上增添了两个塑料活塞，相比较玻璃活塞，更容易控制气体流量。

（2）氢氧混合装置（如图2所示）：由石英玻璃三通管和细直石英玻璃短管组成。石英玻璃三通管支管通入氢气，内部的细直石英玻璃短管通入氧气，管口上方产生氢氧焰。

四、实验反应原理

2H2O2■2H2O + O2↑

Zn + H2SO4 ■ ZnSO4+H2↑

2H2 + O2■2H2O

为缩短制取气体的时间，采用15%的过氧化氢溶液和二氧化锰丸 （如图3所示）制取氧气；30%的稀硫酸，金属锌花（如图4所示）制取氢气。点燃三通管口处的氢气后，通过内部的细直石英玻璃短管通入氧气，可在管口上方产生氢氧焰，温度可达2500～3000℃。

五、实验操作及现象说明

1. 检查装置气密性（如图5所示）

组装好仪器后，从固液制气装置的导管处鼓入空气使气球膨胀，关闭塑料活塞，一段时间后，气球体积不缩小，则证明制气装置气密性良好。

2. 装入药品，利用氢气与氧气的发生装置制取并储存气体。通过调节分液漏斗玻璃活塞控制液体滴加速率，使得固体与液体接触反应产生气体，分别储存于绿色和蓝色的气球中。（备注：在工业上氢气储存于绿色钢瓶，氧气储存于蓝色钢瓶中）

3. 进行后续实验前，用小试管检验氢气纯度。

4. 在氢气与氧气混合的石英玻璃三通管口处，通过控制塑料活塞有序调节氢气和氧气的流量，先后探究如下实验：

（1）将带火星的木条置于三通管口处，通入氧气木条复燃；将燃着的木条移开，管口处无火焰，停止通入氧气，说明氧气助燃不可燃。

（2）通入氢气，将燃着的木条置于三通管口处，管口处有火焰，说明氢气可燃。

（注意事项：此实验环节若先将燃着的木条置于管口处，后通入氢气，由于管口处氧气的残留会导致氢氧混合爆燃，产生的气流会将燃着的木条熄灭。）

（3）把铁片放在管口火焰上方，铁片被烧红，说明氢气在空气中燃烧火焰温度不高。

（4）通入氧气，产生氢氧焰，铁片被切割；调节活塞增大氢气流量，还能将一根铁丝焊接成圆环（如图6所示），说明氢气在纯氧中燃烧，产生的火焰温度更高，可用于金属的切割和焊接。

（备注：焊接金属时，氢氧比例控制在2：1时火焰温度最高，利用火焰放出的巨大热量将金属熔化，从而达到焊接的目的；切割金属时，适当增大氧气用量，利用高温火焰和金属与氧气发生氧化反应放出的热量，熔化割缝金属，同时还可以利用气流强度吹开熔化的金属，从而达到切割的目的。）

六、实验设计的反思

该套实验装置除了完成以上实验外，还可以完成教材（沪教版2013年版九年级上册）第31页“铁丝在氧气中燃烧的实验”和下册第56页“加热石灰石的实验”，相比较教材中原实验，操作简单，耗时短、现象更明显。

总之，将该套装置在课堂上呈现在学生面前，学生有一种耳目一新的感觉，兴趣一下子被激发，学习就变得更主动了。尤其进行氢气和氧气的相关知识复习时，该实验的优点就更多了如：实验涉及知识点多，现象对比强烈，操作安全方便，实验成功率高，切割和焊接金属时的现象更能打动学生，使学生复习积极性高涨，复习效果非常好，值得推广和应用。

参考文献

[1] 中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书化学（九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2013：33-34

[2] 李为才. 氢氧焰装置[J].中学化学教学参考，2012（4）：59