增氧酒精灯江苏中小学教学研究室.docx

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增氧酒精灯江苏中小学教学研究室

中学化学创新教具之二

增氧酒精灯

徐州市中小学实验教学研发中心

一、增氧酒精灯介绍

（一）制作背景

在中学化学实验中，需要高温条件的实验较多：

如加工玻璃管、煅烧石灰石、一氧化碳还原氧化铁等。

实验室通常用酒精喷灯产生高温，但是酒精喷灯有四点不足：

1.启动操作麻烦。

需要先向预热盘中加入酒精预热引燃，再调节进风螺栓，才能使用。

2.启动速度太慢。

大约需要2至3分钟预热，才能燃烧起来。

3.火焰不稳定。

在正常燃烧后，还常会出现悬火、闷火、自动熄灭……

4.燃烧时噪声大。

发出“呼呼”的进气声，胆子小的教师不敢用。

由于以上原因，做高温实验成为教师的一道难题，有的教师在黑板讲；有的教师用动画课件播；有的教师先摆实验装置，后放实验录像；这些做法都能应付笔试考试，但是都不如做实验好。

为了让学生接受这些知识时能够看到实验，看好实验，我们决心发明一种新型高温热源，解决这一难题。

设想：

酒精灯是各实验室使用最普遍的热源，如果能加以改进，让酒精灯产生高温火焰来代替酒精喷灯该多好啊！

如何让酒精灯产生高温火焰？

首先，增加灯芯数量，提高单位时间酒精的燃烧量；其次，将纯氧通入火焰的焰心，使焰心的酒精蒸气在氧气中充分燃烧。

按照这一思路，经过反复试验，我们终于研制出一种新型热源——增氧酒精灯。

（二）仪器简介

1形状与结构

增氧酒精灯的实物照片与示意图如下，它由灯帽、灯芯座、灯芯、灯体构成。

2创新点

主要是对普通酒精灯的瓷质灯芯座加以改造，选用两种不同规格的石英管焊成，既耐高温又防氧化。

粗管内径较大，能穿入三条灯芯，增加酒精的毛吸量，提高单位时间内酒精的燃烧量。

细管能将外部氧气通入火焰的焰心，使酒精蒸汽在纯氧中燃烧，提高火焰的温度。

下图为改造后灯芯座的实物照片和示意图。

3使用方法及效果

（1）在灯芯座内穿满棉灯芯（一般3条），并且与灯芯座内管水平；添加酒精（不超过酒精灯容积的2/3）。

（2）点燃酒精灯，这时若用热偶测温仪测量火焰温度可达700°Ｃ，而普通酒精灯只有500～600°Ｃ。

（3）将导气管插入灯芯座的增氧孔，通入纯净的氧气，这时测量火焰内层发白火焰的温度，便能达到1000°C以上（酒精喷灯火焰只有800～900°Ｃ）。

（4）实验结束后，拔下氧气管，先停止通氧，再用灯帽盖灭酒精灯火焰。

4.注意事项

若用双氧水制氧装置供氧，通入氧气的速度要平稳，防止反应过程中，制氧装置温度降低产生倒吸，向导气管内回火。

万一发生，要立即拔下氧气管，停止通氧，再用湿毛巾盖灭火焰。

灯芯座要穿满棉灯芯，防止点燃时引燃灯体内的酒精蒸汽，造成失火。

5.优点

增氧酒精灯类似于酒精灯的使用方法，却能产生酒精喷灯的高温火焰。

一点即着，方便；一通氧即产生高温火焰，迅速；燃烧时无声，安全；不通氧可作酒精灯、三芯灯用，通氧则有酒精喷灯的效果，多用。

6.获奖情况

2009年，增氧酒精灯在第七届全国自制教具评选中获一等奖，并且成为大家参观的一个亮点。

2009年获国家专利，专利号200920042550。

2011年被教育部教学仪器研究所编入《教学仪器设备手册》。

本人撰写的有关增氧酒精灯论文《增氧酒精灯》已发表于教育部主办的《教学仪器与实验》杂志2009第10期。

2010.9.14入选中国网络电视台《我爱发明》专栏。

二、增氧酒精灯与中学化学实验创新

（一）煅烧石灰石

1.实验用品与实验装置

石灰石水酚酞试液镊子试管增氧酒精灯

2.实验步骤及实验现象

（1）在小试管中加入一粒石灰石，注入5毫升水，滴加3滴酚酞试液，无明显现象。

（2）点燃酒精灯，通入氧气，用镊子取一粒石灰石放到火焰的最亮处灼烧，直至石灰石发白光，取下，停止通氧，熄灭酒精灯。

（3）将灼烧后的石灰石放入另一支小试管，加水，石灰石粉碎，滴加3滴酚酞溶液，溶液变成红色。

3.实验结论

以上实验说明石灰石已经分解：

石灰石高温，分解成氧化钙和二氧化碳，氧化钙遇水生成氢氧化钙，显碱性，使酚酞试液变红。

CaCO3CaO+CO2↑CaO+H2OCa（OH）2

Ca（OH）+CO2CaCO3↓+H2O

4.注意事项

火焰内层氧气充足，温度高，应该把石灰石放在火焰的内层灼烧，这一点与酒精灯外焰温度最高不同。

（二）炭还原氧化铜

1.实验用品与实验装置

石英试管单孔橡皮塞止水夹乳胶管玻璃导气管棉花小烧杯增氧酒精灯

活性炭氧化铜（两者质量比1:

8，混合后研磨20分钟，让两者充分接触）石灰水

实验装置如图所示（省去夹持物，下同）。

2.实验步骤与实验现象

（1）在试管中加入2～3药匙上述活性炭与氧化铜的混合物，聚积在试管底部压实，试管口放一团棉花，防止试管内的固体冲出堵塞导气管，塞上带导气管的橡皮塞，固定在铁架台上。

（2）导气管通入盛石灰水的烧杯。

（3）用增氧酒精灯先给试管预热，然后对着药品加热，再向增氧酒精灯通入氧气，使火焰达到高温。

试管内物质迅速燃烧起来发红，体积迅速减少，生成红色固体，石灰水变浑浊。

（4）用止水夹夹住导气管的乳胶管，防止冷却时石灰水倒吸。

撤去增氧酒精灯。

等冷却到室温后，能从试管中倒出颗粒状的铜粒。

3.实验结论

碳在高温条件下能还原氧化铜，生成铜与二氧化碳。

C+2CuO2Cu+CO2↑

4.注意事项

根据化学方程计算，碳与氧化铜恰好反应的质量比是1:

13.3，但是实际上1:

7～1:

9为好，让炭适当过量，能使氧化铜还原充分。

制作活性炭与氧化铜混合物的方法：

先称量氧化铜的质量，再计算炭的质量，称量，混合，研磨20分钟即可。

药品越干燥，反应现象越剧烈。

（三）一氧化碳还原氧化铁

1实验用品与装置图

石英弯管玻璃弯管单孔塞双口塞锥形瓶增氧酒精灯（带防风罩，可用金属饮料罐剪成）生料带磁铁烧杯。

一氧化碳（用1.2升热水袋装），氧化铁石灰水

2实验步骤与实验现象

（1）打开活塞，先通入CO，在较高的压强下，石灰水排向烧杯，等排出15mL后，弯石英管内的空气排净，再调节CO的通入速度，让石灰水滴下，不成股流下。

尾气全部积聚在锥形瓶内，不泄漏一点。

（2）用加防风罩的酒精灯给Fe2O3高温，等澄清石灰水变浑浊，红色的Fe2O3全部变成黑色，撤去防风酒精灯，继续通CO，直至黑色固体冷却至室温。

（3）用磁铁隔着弯石英管吸引黑色粉末能左右移动。

（4）探究锥形瓶内尾气的成分和处理办法。

（推测是一氧化碳和二氧化碳的混合物，用点燃法烧掉）。

3实验结论

由两次实验证明：

常温下，CO不与Fe2O3反应，不能使石灰水变浑浊；在高温条件下，CO能还原氧化铁，生成铁和CO2。

4注意事项

（1）开始，锥形瓶注满石灰水，能节约排尽空气所用一氧化碳的量；并且用排石灰水法收集尾气，而后再用点燃法检验尾气中含一氧化碳，使得该实验更安全。

（2）工厂中炼铁，氧化铁含量低所以反应条件是高温，实验室中氧化铁含量高，可以用加热，但是一定要等到石灰石充分浑浊后再撤灯，防止还原不彻底，固体冷却后又变成红色。

（四）铁在氧气中燃烧

1实验用品与实验装置

铁丝镊子防护罩（可以用一个破底烧杯做成；也可以用一个透明塑料瓶，去底，周围再烫孔做成。

）增氧酒精灯

实验装置如图所示。

2实验步骤与实验现象

（1）在增氧酒精灯的增氧孔插入几根金属丝，防止实验时熔化物落入增氧孔。

点燃，套上防护罩。

再将导气管通过防护罩的透风孔插入灯芯座的增氧孔，向焰心通入氧气。

2取一截细铁丝（直径0.5mm，长200mm）插入增氧酒精灯火焰的白光处，铁丝立即剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。

若铁丝上结出小球，阻碍燃烧，可以在金属丝上碰掉后又可燃烧。

3实验结论

铁与氧气反应生成四氧化三铁

3Fe+2O2Fe3O4

（五）铁与水蒸气反应

1实验用品与实验装置

水碎瓷片还原性铁粉生石灰（新制的）棉花

酒精灯增氧酒精灯试管硬质玻璃管单孔橡皮塞3个120°导气管2个。

实验装置如图所示

2实验步骤及实验现象

（1）在直玻璃管右端装满生石灰和棉花，塞上带尖嘴导气管的橡皮塞，左端放两药匙铁粉，平摊。

再塞上带导气管的橡皮塞。

（2）在小试管内放3～5粒碎玻璃片（防爆沸），加入适量的水，连接在硬质玻璃管左端的橡皮塞上。

（3）点燃增氧酒精灯，使铁粉达到高温；再点燃另一盏普通酒精灯，给小试管中的水加热，使之沸腾产生水蒸气。

（4）用一支小试管套在右侧导气管上，收集氢气，检验纯度，当点燃声音很小时，点燃导气管中的氢气，产生火焰，罩上小烧杯，烧杯壁出现水珠。

（5）反应完毕，先撤去加热水的酒精灯、再撤去高温铁粉的增氧酒精灯。

冷却后，能观察到铁粉变成黑色的四氧化三铁。

3实验结论

铁在高温条件下能与水反应，生成氢气与四氧化三铁，显示了铁的还原性。

工业上常利用铁的这一性质，给铁制品淬火，防锈蚀。

3Fe+4H2OFe3O4+4H2↑CaO+H2OCa（OH）2

2H2+O22H2O

4注意事项

反应过程中需要水蒸汽量较少，当水开始沸腾时，应该把酒精灯的火焰偏离试管中心，用小火给水加热。

（六）烟煤的干馏

1实验用品与实验装置

优质烟煤（研制成粉状）

硬质试管湿棉线单孔橡皮塞90°导气管增氧酒精灯

实验装置如图所示。

2实验步骤及实验现象

（1）在试管中加入3至4药匙烟煤，聚集试管底部，压实，塞上带导气管的橡皮塞，在试管的中上部绕上湿棉线，用于冷却热的煤焦油。

固定在铁架台上，试管口向下略倾斜。

（2）用增氧酒精灯给试管预热，再对着烟煤加热，然后向焰心通入氧气，再高温。

（3）当导气管冒出棕色烟时，点燃，产生明亮的火焰，表明烟煤干馏有焦炉煤气生成。

（4）当火焰变小或者熄灭时，表示烟煤干馏已接近完成，撤灯。

试管口存有棕黑色液态物质，冷却后拔掉单孔橡皮塞，还能闻到一股气味，将液体倒在盛水的烧杯中，水面漂浮一层油状物，水呈现棕色，表明烟煤干馏有煤焦油生成,煤焦油含有苯、奈等多种芳香烃。

（5）倒出试管内银黑色物质，是焦炭。

3实验结论

把烟煤进行干馏，得到焦炉煤气、煤焦油、焦炭。

主要是展现了对煤的综合利用的技术和价值：

干馏，冷却和化工原料多多。

5注意事项

用过的试管和导气管要及时刷洗，防止粘在试管上的煤焦油干后难刷洗。

刷不掉的煤焦油，可以用药匙向试管的黑色部位撒入适量的氯酸钾固体，用酒精灯加热到融化，让液态氯酸钾与黑色物质接触，发生氧化反应，烧掉，再用水刷洗。

（七）石蜡油的催化裂化

1实验用品与实验装置

石蜡油高锰酸钾溶液

石英试管白色碎瓷片（砸碎呈米粒状）单孔橡皮塞导气管（120°）集气瓶（60毫升2个）增氧酒精灯水槽

实验装置如图所示。

2实验步骤与实验现象

（1）用胶头滴管向试管底部加入6-7滴石蜡油，再加入石棉将石蜡油浸干。

（2）将试管水平放置，加入两药匙白色碎瓷片，并且用药匙推到离试管底部，尽量垒高，堵塞试管内部空间，再塞上带导气管的橡皮塞，固定在铁架台上，试管口向上倾斜，有利于石蜡油蒸汽回到碎瓷片上再裂化。

（3）导气管末端放在水槽，将两个集气瓶灌满水倒放在水槽中。

（4）用增氧酒精灯先预热，后对着碎瓷片加热（石蜡油沸点350°C,深度裂解700°C,主要是低级烯烃），当试管内白色瓷片开始变黑色时，再向焰心通入氧气，产生高温，碎瓷片的黑色逐渐加深。

将火焰向石蜡油方向稍微移动一点，试管内产生白雾，导管口会连续冒出气泡，用集气瓶收集，一般可收集两瓶乙烯，反应完毕。

先从水槽中取出导气管，再撤灯。

再在水槽中盖好集气瓶，取出正放在桌上，待用。

（5）向一瓶乙烯中注入少量酸性高锰酸钾溶液，盖好，震荡，紫色消失。

用火焰点燃另一瓶乙烯，产生明亮火焰，冒出黑烟。

3实验结论