文档介绍：粉尘爆炸实验的最佳实验条件探究
张国锋
(苏州工业园区第六中学,江苏苏州 215126)
摘要:粉尘爆炸实验要成功,有限空间内必须充满粉尘。装生粉的容器和点火位置是有限空间内充满粉尘的两个重要因素。
关键词:粉尘爆炸;装生粉的容器;点火位置
粉尘爆炸实验是上教版和人教版课程标准实验教科书九年级化学教材必选实验。《化学教学》2009年第4期《粉尘爆炸实验的改进》一文,用透明饮料瓶作反应装置代替原金属罐或纸罐,可以清晰地观察到实验全过程。用此实验装置对粉尘爆炸实验的最佳实验条件进行了探究。
饮料瓶2沿口用热水一烫,塑料软化后稍微向内侧卷曲;宽1cm的薄铝条两端向同方向折叠成直角,使它能扣在饮料瓶2沿口上。这样,两个口径相同的饮料瓶之间的套接和在蜡烛固定在反应容器内这两步实验操作更方便。
1 粉尘扬起充满整个反应容器是粉尘爆炸实验成功的重要保障
容器内充满粉尘是粉尘爆炸实验成功的重要保障,用何种形状的容器装生粉能扬起大量粉尘,我们进行了反复的实验探究,并用手机对实验过程进行了摄像。,通过套接后作粉尘爆炸实验的反应容器,反应空间最大可接近5L,生粉装在瓶盖或漏斗中(图1)进行粉尘爆炸实验时,粉尘扬起量不足,实验效果不佳。生粉装在铝盒中(图2)进行粉尘爆炸实验,粉尘扬起量多,扬起的粉尘与容器上部的蜡烛火焰相遇,整个反应容器内出现火光,产生的气浪将饮料瓶1掀起,发出“嘭”的声响,火苗从瓶内窜出,最后听到落地的撞击声,粉尘爆炸实验获得了成功。这种形状的铝盒,内部空间大,而粉尘出口处小,用嘴吹气后整个反应容器内充满粉尘。
铝盒的制作方法如下:取9cm*6cm的薄铝片,图4中的阴影部分用剪刀剪去,同方向折叠,形成3 cm*2 cm *2 cm朝上面有1cm开口的铝盒,四周用胶布固定(图5),在远离开口的侧壁靠近底部的部位打一个小孔,外接45cm长的胶皮管。
实验的操作过程如下:在饮料瓶2靠近瓶口的瓶壁处打一个孔,铝盒上的胶皮管
由瓶内从此孔穿过,燃着的蜡烛固定在铝条上,饮料瓶1罩在饮料瓶2上,手握饮料瓶2瓶颈处,通过胶皮管用嘴吹气。
2 点火位置在容器上部是粉尘爆炸实验成功的前提条件
点火位置在容器上部,粉尘爆炸实验获得了成功。上教版和人教版教材中粉尘爆炸实验的点火位置在容器下方,点火位置对粉尘爆炸实验会有影响吗?将燃着的蜡烛固定在瓶盖上后从瓶口伸入饮料瓶里旋紧瓶盖(图3)再次进行实验,容器内蜡烛火焰上方出现一团火苗,但饮料瓶1没有被掀起。
用影音风暴播放器播放图2和图3实验装置所做实验的实验录像,在按下播放器暂停键后,点击播放器的逐帧键对反应容器内粉尘燃烧过程逐帧观看,对比研究发现:火苗是阻挡可燃性粉尘向上上扬的天然屏障,点火位置不同,粉尘占据容器的空间就不同,粉尘燃烧的过程和剧烈程度就不同。
点火位置在容器底部,蜡烛火焰上方空间很大,粉尘遇蜡烛火焰发生燃烧,
蜡烛火焰上方出现一团火苗,火苗阻挡了可燃性粉尘继续上扬,造成蜡烛火焰上部空间无粉尘,粉尘燃烧局限在蜡烛周围的空间范围内,粉尘和氧气的接触面积小,燃烧产生的热量不能使反应空间内的气体迅速膨胀将饮料瓶1掀起。
点火位置在容器上部,蜡烛火焰上方空间很少,粉尘遇蜡烛火焰发生燃烧时,整个容器内充满了粉尘,容器上部的粉尘