铁丝燃烧现象_范文大全

铁丝燃烧现象

【范文精选】铁丝燃烧现象

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【专家解析】铁丝燃烧现象

【优秀范文】铁丝燃烧现象

范文一:铁丝在氧气中燃烧现象教学设计 投稿:董姼姽

一、教学设计思路

根据《普通高中化学课程标准(实验)》第三部分内容标准,必修课程《化学1》主题2化学实验基础,内容标准1“体验科学探究的过程,学习运用以实验为基础的实证研究方法”、标准4“能够独立或与同学合作完成实验,记录实验现象和数据,完成实验报告,并能主动进行交流”,以及主题3常见无机物及其应用,内容标准3“根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究,了解铁、铝、镁等金属及其重要化合物的主要性质”等要求,关注初、高中化学知识的衔接,利用活动元教学原理,设计不同的活动,让学生主动积极地参与活动,并充分利用实验及多媒体课件等多种教学手段以达到教学目的。“铁丝在氧气中燃烧”实验学生在初中已经做过,但是学生一般只知道实验表象并不知 “产生火星四射”的原因。本节课通过“产生火星四射现象原因”的过程探究,重点培养学生掌握实验科学探究的方法。在为学生揭示铁丝和镁条分别在氧气中燃烧时现象不同的科学道理同时,增强学生实验技能,锻炼学生从实验中发现问题,从实验中解决问题的能力。

具体思路为:分组实验,提出问题,引起思考──讨论与交流,初步悟出与铁丝在氧气中燃烧火星四射现象有关的因素──学生设计提出实验探究的方法──分组实验,探究讨论得出“铁丝在氧气中燃烧火星四射现象与自身含碳量有关”的初步结论──结论运用──结合实例,理论探究和分析总结“因碳的存在而产生气体,气体受热体积急剧膨胀,使铁丝在氧气中燃烧过程中产生火星四射的现象”──动画演示“碳的存在使铁丝在氧气中燃烧过程中产生火星四射的现象”的过程——课堂小结。 二、教 案 三维目标: 1.知识与技能

(1)使学生了解常见金属燃烧的现象,运用比较、归纳、分析等方法初步揭示化学现象的本质,并能做出合理的解释;

(2)引导学生通过实验探究活动来学习化学,学习实验研究的方法,能设计并完成一些化学实验,分析和解决与化学有关的实际问题;

(3)重视化学与其他学科之间的联系,能综合运用物理等学科有关的知识、技能与方法分析和解决一些化学问题;

(4)培养学生探究意识和提高探究能力。 2.过程与方法

(1)通过对铁丝和镁条在氧气中燃烧现象的实验探究过程,让学生进一步理解科学

探究的意义,学习科学探究的基本方法,提高科学探究能力;

(2)培养学生的问题意识,能够发现和提出有探究价值的化学问题,敢于质疑,勤

于思索,逐步形成独立思考的能力,善于与人合作,具有团队精神。

3.情感态度价值观

(1)培养学生发展学习化学的兴趣,乐于探究物质变化的奥秘,体验科学探究的艰辛和喜悦,感受化学世界的奇妙与和谐;

(2)培养学生树立辩证唯物主义的世界观,养成务实求真、勇于创新、积极实践的科学态度。

教学重点:铁丝在氧气中燃烧的现象与铁丝含碳量的关系及成因。 教学难点:科学探究能力的培养。 教具准备:

教师:多媒体、实物展台、话筒、电脑。

学生分组:弯成螺旋状的普通细铁丝(1条/组)、细钢丝(1束/组)、镁条(1

片/组)、小木炭片(2片/组)、小木条(4根/组)、长镊子(1把/组)、收集满氧气的集气瓶(4瓶/组)、酒精灯(1盏/组)、小烧杯(1个/组)、火柴(1盒/组)、砂纸(1张/组)、放废物的塑料杯(1个/组)、湿抹布(1块/组)。

范文二:怎样做好铁丝燃烧实验 投稿:潘瓮瓯

铁丝燃烧实验向刚跨入化学奇妙殿堂的9年级学生展示了化学世界是多么奇妙――铁丝竟然也能燃烧!铁丝燃烧这个简单的实验引起了学生极大的兴趣。怎样做好这个实验呢?笔者认为,应注意以下几点。

  1 氧气要“新”且“纯”

  实验前,有些教师喜欢早早地把氧气制好,这是不可取的。笔者经实验发现,氧气在集气瓶中的存放时间达2 h后,浓度会明显降低,导致实验失败。另外,如果氧气不纯,实验的效果也不好。

  2 铁丝应“细”而“净”

  实验时,不要用粗的或者锈蚀严重的铁丝。笔者建议选用石棉网或者铁丝纱窗上的铁丝。实验前,用砂纸小心地把铁丝打磨干净,这样实验效果更好。

  3 点燃时间应“准”

  一般需在铁丝前端绕一根小木条。应注意木条刚点燃时不要立即伸入集气瓶,以免过多的消耗氧气。当然也不能在木条燃尽时再伸入集气瓶,导致铁丝难以引燃。适宜的时间是,在木条燃烧成红热,铁丝发红时伸入集气瓶中。当然,还应预先在集气瓶底部铺一层细沙或者装少量水,以免集气瓶炸裂。

范文三:铁丝燃烧实验的改进 投稿:韦湩湪

铁丝燃烧实验的改进

秦皇岛市第七中学 李兵

一、实验仪器:青霉素小药瓶 略粗铁丝 细铁丝 火柴 酒精灯

二、实验药品:氯酸钾 二氧化锰

三、实验步骤:

1、将青霉素的小药瓶洗净,晾干。用一根长的略粗的铁丝捆住瓶颈,留出长约30厘米左右作手柄。

2、将氯酸钾和二氧化锰以4:1或3:1的比例混匀,用药匙将混合物装入小瓶中,盖满小瓶底部即可(约2克),手持铁丝手柄用酒精灯加热,片刻会听到分解时的响声。

3、在一节绕成螺旋状的细铁丝的一端拴上一段火柴梗,用坩埚钳夹住铁丝另一端,点燃火柴使其留有余烬,将铁丝伸到瓶口,看到剧烈燃烧,火星四射的现象。

四:改进优点:

1、用药量小,可以减少废弃物的排放,减少对环境的污染。

2、小药瓶耐加热,即使溅上熔融物且不易炸裂

3、火星四射的现象在瓶口溅出,现象明显。

4、可观察到瓶底红色的熔融物,了解生成物的温度很高,帮助理解集气瓶底放水或细砂的作用

5、激发学生寻找生活中的代用品设计实验的思路灵感,学生可以在家中完成实验。

范文四:铁丝在氧气中燃烧的研究 投稿:姜煾煿

 2

010 年第 1  期

O铁 丝

在氧 气中燃 烧的研 究

乔  金 刘锁冷 

000 )6 30 ( 中   学化 学院 化工 学   院 西晋山中 晋

摘 要“ 丝 氧 气在 中燃 烧 ”的 验 实, 以小 木 块 炭 铁为 丝 燃引 物较 好。 当铁 丝直 径 为  铁0  2 0mm 时,最好. 根3拧在 起 燃 烧 一,铁当丝直 径小于 0 2  .m0m ,时还要增 加 根 数; 用直 径 为 0 3   .m8 m的废 石棉 网 铁丝 1 根直、 为 径 20  .3m m 自的车行 钢 丝闸 1 根 2根或 (在 一 )起拧 、直径 

为 0  5 .0mm 的炮线 1 为 烧对燃 象时 ,果效 好都 尤, 钢 丝燃烧 其的时火星 四 更射美 观 。根   键 词 铁 关燃丝烧  引 燃 铁物 丝径 燃烧直条件 氧气 

“ 丝在 氧 中燃 气 烧”是初 中 化学 教科 书中证  铁

件 条,笔 做者了较 系统 、详细 的 究研。  

明氧

气化 学性质 的 个 一学生实验 或演(示 实验 ,或

 学生活动 与 探 实验 ) 究。该 验 与 实 “炭木 在氧 气   燃烧中” 在 氧 “气中燃 烧” “ 烛及 在氧 气 燃 中、 硫 蜡 烧” 验实 比相,有些 化 学教 师觉 得 在 操 作上 有 困

 

1 验实过 程   

1 直1径不 同的铁丝 丝 )在( 纯氧气中 烧 燃 .钢 1步第 选取容: 积 3为m0L 的 气瓶集 l  2 个 O , 用

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 难 ,验实成功 率较 。为低此 一,些 化学 教师 该 对 

验实行进 了改进,如 “酒 精引铁 丝”1燃“ 直、  径 [ ]用 用

小于

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度 虑 ,考且优势不 太 明 显 为。了明确 好做该 实验  

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  1 

1 直径不 同的铁丝 (丝 )在 纯氧 中 气的燃烧 情 况  铁 丝直 径  燃 钢烧 铁 丝 燃烧  铁 燃 丝 

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燃烧中摆易 二 时秒 :住 好烧端 时当, 。一燃动 是  燃烧成功率

高比,1 根铁丝 烧燃均匀 和 烈剧,火 星四

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丝一过;

中制 2射火网铁燃 0 _ ~在 根_ .  程根丝烧  星 起铁烧。 的2 效强大铁_  或丝位 中 丝0果度。  拧 会铁 比铁 在气丝 显 燃m秒 置 纱的 易 废。时在 于 窗 不集 控 石 间1   的 约瓶 断铁 棉 明 4掉 , 5  

一铁 率。, 铁囵_3  的2铁6    火根果中   在起铁不 , i铁高丝丝丝   燃明度  燃 丝目燃燃显 拧烧~大比 在成烧火易剧控 间的强制会 在位 约 星集 置烧烧断 。。4 根 匀,气均 燃, 四过 烈于 射掉 比丝瓶 2烧程; 时星 铁 功效根 中丝秒 *

化学会国化 教学育委员会  教育 “ 础十一五 规划”课 ( 2 题 0-02 “ )J H 090 9化 实验学进和设改计研究成”之果一

 2

1 年第 10 0期O

 化

教学

续  

表 铁 直丝径   及 其 源来  燃 烧 对 象   铁 丝 燃  情烧况 说明 铁  丝燃 烧  分 部 照片

 网 相

的 铁 同 丝 。    囵囵圆   闸根烧绕根点  0燃观1缺时  _ .钢成火铁 用:  强丝 率 丝功2星_ 丝3烧直3星 棒的间铁燃 a 比一丝,r 射缠相 火m 均燃, 钢 非;的四 丝 柴2比是 自 或根 爆  匀 丝钢行 二常  烧钢 铁 小三剧 木和不; 丝是 且燃呜 声是明烈 炭,度 3、不显 易 伴与烧 短块在 时易根火 铁随 高 。 、燃烧 快铁上取丝 美史 有 比 , 大 较烧l烈,2圈圆 根丝直钢  一钢 根成,丝 功常 火率;星 钢 烧l瓶火 上根取 根。钢 燃比在比剧丝时、 柴缠中 绕位 棒间易但丝比爆 非的 于1强 均或置明剧较也 钢鸣匀 根控比 铁小不 丝声烈,在 制丝度1 木燃易火恩更 。集   高大 易烧炭 2 、。于星短 气, 美根 观 块燃  四射

0 r3 m废 石  棉 铁1   丝8 a .根燃 烧 情 况 与上面 3根 铁丝 拧 在 起 一燃烧 时 的 情 况 基 本 

烧成功率 高, 燃烧火时 四射 星的效 果 显明,火 星强 05 . 0m m炮线  根炮1  度 线比 钢丝 差。燃 在烧 程过中 熔球 大,但不 断会掉 ; 

炮线 集 瓶 的

于 置制 燃 约~时 在秒 气中 位 易 控 。烧 间 5 。4 

  

小于 0  n1清 n 儿 根缠 绕在  燃烧时 化熔 为亮 , 火球星 很 少 ,铁丝 软 弹且 性大, 不  .0 rr

刷管的 铁丝  _  洁一好瓶 囵 卫 起控中 生  的制用 位   钢 其在 置丝 。 球 气集   

O6   .m7 m废滴  

1根丝铁

 

丝只铁发是红 ,不燃 。  烧

表由1 结 论: 得

时插  入集气瓶 ”的 操作 难 困。 三是 把炭 与木铁丝  

(分)小用 木 块炭作 为 丝 铁( 1钢丝 ) 的 引 燃物 比 

火用柴 棒为好 。 小 以 炭 块 木为引 燃 物有 个 优 3点:

一 

在别 气 氧燃烧中 合,并 在 一 做 次完 ,可 节约实 验时 

间。

 

是实 现验象 显 明成,功 高率。 要操 作规只范 ,铁  

( 用直) 径为 0  22 . Omm 的废 棉 网石或 铁纱 窗 

丝 钢丝)(燃烧小前炭木掉块下不来, 验成功率 实

就是 10 。是二 易 于操 作解。决 火了 柴燃 铁引丝   0

丝为燃铁烧对时象, 3 跟在拧一起行进实验效  果最 ,这 好也说 为明什 么人 教 版 中化初学教 科 书中 要

求  “ 取几根 纱窗 细铁 丝 擦,去表 面 铁 锈油 漆 或,拧 

成一 ……” 束 

时难

以把 握 课的 本上要 求的 “ 柴 临火燃近烧完 时   待缓 慢入 盛插有氧气 集 的气 ” 或 瓶 待木 “ 柴将即 燃 

尽化

教育 

21

0年0 第 1期 

O()

直径用 为 03  3.8 m m的废 棉 石铁 网丝、  

径 直为02  . 3m m 自的 车行闸钢 丝 1跟 或2 跟 ( 在拧

平 下 面降到 记号处 即立 停止 氧制 气。 图见 所1 。示a   第步 3制:取不 体 积分 数同 氧气 的首。先制取  体积 分 数为9  的 氧气 。 见图 1。O b  集 设气瓶水 面以 上 气空 体的 积为 ,其z中 氧 

的气 量为含z 5/ 。由于 次每制氧集 气 瓶里 水 面 的到 

记起)、直 为 05径 的炮 为燃 烧线 象对时 ,  效 .mm0

都好 ,其尤 丝更钢 观 。美  1 2 径不 直 同的铁丝 ( 丝)在 同体 积 分 数不的  钢

氧. 中燃气  

号烧 就处 止 停所, 以 掉排 水的 积就 为体成生 氧气的体 积  ,即 0m3l一 31   0L一m , 氧气的 总 体 积 则为 : z 

12 1制取 一体 积分数定 的气氧  ..装置

如下 图 示 。 1所 

第1步 :选 取 个5集空 气瓶 胶,塞 以下 积 体 为3i  

。L m0 

20mL+, 以水所 以面氧上 的体积分数气 5 8  z— 为 : / E 2o+L—l m ]8/  ̄   58 z  )2 mL=90 , l 5 0z 一3 

L。m则 应向空 气 瓶集中加 入 的体 积水为 3: mL 10  

一 

步2 : 为止防铁丝 燃烧 裂炸集气 瓶集, 瓶气

 3

5mL 2 5m=L   7为。以 后制气 便方, 可 此在 平 

底应 留有 定 一量 水的。为 统 一 标每 个瓶 准都 留中

存 

  30mL 水,并在 处该好 记做 号每次 。 制气氧时,水

 面

处做也上记号 。同 ,理可制 取 积 体分数 为 8 、 0

  76 /5、 6、 5 的 气氧 。 O/6、6  0 9 9 5 9/6  

) (气体   ) 氧水 

图1 取制 定 一体积 分 的 氧气数 

1 2 2直径 不同的铁 丝 ( 丝 ) 在不同 积 体数分 .. 的氧钢气 燃中  烧分别 用 径直 为0 2的铁 丝 3 根 在拧 起一 、.0m  m 直 为径0 2   .3 m 的 自m行 车 闸钢 丝2 根 在 拧一 起、  

径 直为 3 0石 棉 网 铁 丝根1 , 体在积 分 数  .为 8mm9   氧气的 做中燃烧实 验 ;接着紧 用 这铁些丝分别 O 在  气 氧 积 分体数 为  8、   、 76  6  、、 O0 /5 9 5 0  5   的气 集瓶中做 燃 实验 烧实,验 情 见表况2   5。

直2径 不同 的铁 丝( 丝在 不 )体 积同 数 分氧 中气的燃 烧 况  情钢(2 积 分 数 /体 ) 燃 烧  对  象 燃烧情 况 说明  

9 

0 9  0

o2  0mm.丝铁 根3 o 2   mm3钢 丝 2  根.

铁丝燃

烧存比 氧中纯欠烈 ,剧星较纯火氧中显明,效 果 好。 钢 燃丝烧比在 纯 氧中剧欠 ,火星烈四比射丝强度大铁 、 观 ,并 美 比铁 有燃烧丝更 的爆  大呜声。

 

 90 8  08  080   7 0   7 0

o3  .mm8丝 l铁 根

2 f0 .0 rl丝 l n3 铁 根

丝烧燃 在纯比 中欠剧烈 氧,烧时熔 燃铁球化渐逐大增, 效好。 果 铁丝 燃烧在比 9  的中欠剧氧烈,火 较星∞  的氧 中略 ,燃烧时熔化少铁 球比 9在%  的O O 中氧 燃烧大时 比在间9 的 中短 氧效果,好 O。 

  3mm钢 丝 2   根

丝燃烧钢 比在   的9 中氧 ,弱火四星 比铁射丝强度大 、美 观,并有比铁 燃丝烧更大的   爆 鸣O 燃 声烧时 间比 在9  的 氧 中 短 ,效果 。 好O 

3 .8 m 铁 丝m 1  

丝燃烧铁 在 比9  的 氧弱中, 烧 燃熔化时的铁 较大球, 燃烧 问时在 9比  的氧中 短 , 效 OO 好果。

 

0mm2 铁 丝 根 

铁3丝烧 燃在 比 8的 氧中弱, 火星较   8的中氧少 略燃烧, 熔时化 铁的较大球,燃 烧时 O O 问 比在8 的氧  中短O 实验成功。 

0 2

.  3mm钢 2丝   根

钢丝燃

烧 在 比8  氧的中弱 ,火星 四 比铁射强丝度大、美 观,并有 比铁丝烧更燃 的大爆  O鸣声 燃 时烧 比在 间8% 的氧 短中, 效果好 。 O ,

12

第 l期  0 0年 O

 育续表 

0 2体

积分/   数7  60 5   566 5 6  06  0 6  0  5 55  50

燃烧

对 象

3  铁丝 i  mm8 根

烧况说情  明铁 丝燃 比在烧8  氧中的弱,燃烧熔 化 的铁球大 较燃烧,间 比时在 8  氧 中短的 ,验实  OO 功

’ 成   。

0  2 .mm 0 丝铁 根3

 

丝燃铁 烧在 比 %的7 中氧弱 火,较星   7氧 的略少 中燃烧 ,熔时化的铁球较 ,大燃烧 时 O O 比间在7   氧 的短 O 中验成功实。  

0.

2  3mm钢 丝 2  

丝钢烧燃 比 在7 的 氧 中 ,弱星火四射 铁 比丝 度强大 美观、 ,并 有比丝燃 烧铁更大 爆  O 的声鸣燃 时间 比在烧7   氧 的中短, 效果好。 O  

3 

8mm铁 丝 根I

 铁

燃烧 丝比 7 在的氧 弱 ,中烧熔化燃的铁球较 大 燃, 烧时比在间  7的氧 中 ,短实  验00 成

功。  

20 0m m 丝铁 3根 2  3 mm钢 丝2 根

 丝铁燃 烧比在6 % 的 中氧弱 ,星较火6  的 氧略中 ,燃烧少时 熔 的铁化球 大 ,燃烧时  较5 5 比问在6   的 氧中 短5 实 成验 。  功

钢丝燃烧比在 6 的氧 中弱,火 星四射 比 丝强度铁 大 美、 观,并 有铁比丝燃烧 大更的 爆 5 鸣声燃 时烧 比间在6  的氧 中 ,效短果 好。5  

3. 8 mm 铁丝 根 1

丝燃铁 比在 6 烧的氧 弱 ,燃烧熔中化的球铁大较 ,烧 时燃间比在6  的 中短氧, 验实 5

成功5

 0

 2 0m m铁丝 3根   23 mm钢 丝 2根 

丝燃烧 成功 率低 ,且用小木块炭才能 引燃, 烧燃 化的熔铁 球小较、 烧时燃 也间短 ,但  还是 可 看 到以 有 星 火四射

。 

燃烧 比在

6  氧中弱 ,燃 的熔化烧的球较小铁、 火 星四明射显, 同量氧气 中铁比 丝燃 烧O 效果好。

 

 55

 3. 8 mm铁 丝 1根

用   木小炭 也难块以 引燃,铁 丝 是 只 红发 。  

表得2 论 结: ( ) 用直径0   1 2 3.m m钢 2根 拧丝在 起一 在,

最好 用 1 钢丝。   ( 根)目 前 窗纱铁丝 细由用 户于极少 , 以寻 找 ,难  

4氧气体积

分数 5  ~10 为的气瓶中都可 以集燃 5 O  烧 ,但氧气 体的 积数越 分 大实验 的,成率 也越功 大  。 实该验 中 , 除在 5  的 氧气 有中时 不会成 功  5外 在 ,氧气 积体分 数为6 以 上  情的况 都下是 能 O

用径直0 2   i丝

做 的 石棉 废,网该铁把丝用  . 0I n铁 iI

砂纸细 加稍 打 磨即可 使 用;直径 为 3 0l铁 丝 做  . 8I T ln的废石 棉 网比较 易 得直;径 为 0 5 . 0 mm的炮 线 比   难较找 要,用可 以 市场从 上买 到 但, 必 去须外 面掉  的塑 皮 料。  )( 用火若 柴棒做 引 燃物 ,则 铁 丝 缠应 绕 55~ 1 ,太 少达 不到 着火点 钢 丝 , 少 可 几 圈缠或 窝 O  圈个 圈 小把木炭 插 块进去, 但要 插牢 。  () 开始 气 时 ,集等 收集 要 处 管有连口续 气泡  6出现 收再 ,以保集证 气 的氧体 积 分 数 达能到 6  0 以 ,上确保实 验 成功  。( 若 集气 后)不 能在较 短 间 时使用内 , 要需  在7集气 瓶抹口些凡 士 密封林, 防 止气 氧逸散 ,造成实   现验象不 显 或 失败 明 。   )(各 铁种 丝( 丝) 8 钢 ,在 盛 有 氧气 集的气 瓶 中 复 反燃烧 次数的, 引 燃因 物小木炭块 大的小 (   或插 集 气 瓶 入 中时 焰火 的大 小 ) 、每 次 铁 (丝 )丝   钢在集 瓶 气中燃烧时间 的长 短 、操作 上 氧使气 散 的 逸 少 及 集多气瓶 中 所氧集气 的 体分积数多 少而定 ,因  人 而 ,不 异好 定确 。

 参 考 文 

成次的功  。( )直 径 0 2 2  .0 mm铁 丝 根3( 在拧 起 )一 、直

 径 0 3 铁 丝 1 根在, 气氧体 积 分数 为 6  ~. 8mm 10 的集0 气瓶 中 都 可燃 烧 以且 ,都 一 可次成 。功 0   

论讨 (

) 引 铁燃 ( 丝 丝)用小 木炭块 绿, 豆小大 1   钢最 好。太 大 木,炭 在氧 气中 烧耗燃氧太 多 , 响铁 影 丝的 燃烧 果 和效重复燃 烧次数 ; 小太 难 以,用 丝 铁 (钢丝 )缠绕 , 容不易缠 牢 也 ,好 引燃 不 铁丝。  () 有教 师 认 “ 多为 老师 窗用 上 的纱 钢丝  细2很 做铁 丝在 氧气 中烧燃 实 失验败了 , 其 主要原 因 该应  是 窗纱 上的纺 织 钢丝是 低 钢碳 3”本。实 验 研 究证   l ] 明 ,要 操作只 规 范用小 ,炭木块 引作燃 物 柴( 棒火 也 行) ,可就 使 以直径 为 0 约 ~2O 5  . 0. 0mm的 般 一铁丝 (行自 闸用车 的钢 丝) 氧气在中燃 烧 , 且有 或

高 的成 很功 率。铁丝含 碳 量 高的 不低 是 影响该 验  成实 的功 主要 素 因, 碳 量 含高 铁的丝 ,燃 烧 更 烈剧  、火 星 好更看 。   ( ) 直 为 0 2径 3 . 3mm自 车行 用 的 闸钢丝 ,在

 该实 验 中效 果最 ,好 修 理 在行 车 自处很 容易 找 到 ,

[   ]

骆仁新.   化1学教学, 2 0,( 3 0)1 9 1:

[  ] 刘敬 华,志何 .化民教育 学,20 , 20 :( 42  708 i ) E9 3 钱成百 .化学学教,2 0 , ()    0 732 :8

是不 好在只小 木 炭 块上 缠 绕如 。 集 气果瓶 容积 小 ,

范文五:铁丝在氧气中燃烧的研究 投稿:唐紘紙

铁丝在氧气中燃烧的研究

摘要 “铁丝在氧气中燃烧”的实验,以小木炭块为铁丝引燃物较好。当铁丝直径为0.20 mm 时,最好3根拧在一起燃烧,当铁丝直径小于0.20 mm时,还要增加根数;用直径为0.38 mm的废石棉网铁丝1根、直径为0.23 mm的自行车闸钢丝1根或2根(拧在一起)、直径为0.50 mm的炮线1根为燃烧对象时,效果都好,尤其钢丝燃烧时的火星四射更美观。

关键词 铁丝燃烧 引燃物 铁丝直径 燃烧条件 氧气

“铁丝在氧气中燃烧”是初中化学教科书中证明氧气化学性质的一个学生实验(或演示实验,或学生活动与探究实验)。该实验与“木炭在氧气中燃烧”、“硫在氧气中燃烧”及“蜡烛在氧气中燃烧”实验相比,有些化学教师觉得在操作上有困难,实验成功率较低。为此,一些化学教师对该实验进行了改进,如“用酒精引燃铁丝”[1]、“用直径小于0.18 mm的细铁丝在酒精灯火焰上加热后直接伸入集气瓶”[2]等。这些改进仅是单纯从一个角度考虑,且优势不太明显。为了明确做好该实验的条件,笔者做了较系统、详细的研究。

1 实验过程

1.1 直径不同的铁丝(钢丝)在纯氧气中燃烧

第1步:选取容积为320 mL的集气瓶10个,用排水法集满氧气。

第2步:分别用火柴棒、绿豆大小的木炭块作为铁丝(钢丝)的引燃物;以相同直径的铁丝(钢丝)不同根数做燃烧对象进行实验;以不同直径的铁丝(钢丝)为燃烧对象进行实验,实验情况见表1。

表1 直径不同的铁丝(钢丝)在纯氧气中的燃烧情况

铁丝直径及其来源燃烧对象铁丝燃烧情况说明铁丝燃烧部分照片

0.20 mm废石棉网或铁纱窗的铁丝

1根铁丝燃烧成功率高,但燃烧不太剧烈,火星四射的效果明显。缺点:一是铁丝在燃烧过程中容易断掉,熔断率约50%。二是铁丝太细,当坩埚钳夹住燃烧的铁丝插入集气瓶中时容易发生摆动,铁丝燃烧端在集气瓶中的位置不太好控制。燃烧时间约2~5秒。

范文六:铁丝在氧气里燃烧的产物 投稿:毛硃硄

 2002年第6期   中学化学教学参考总第226期 

吴国庆教授专栏    

铁丝在氧气里燃烧的产物

北京师范大学化学系 吴国庆

中图分类号:O623   

  文章编号:100222201(2002)0620009202文献标识码:A

  初中化学有一实验———铁丝在充满氧气的广口瓶里燃烧。教科书告诉我们,这个反应的产物是Fе3O4。为什么反应产物不是Fe2O3或FeO呢?若是Fe2O3或者FeO该多好,初中生刚学化学,就遇到Fe3O4这种混合价态的物质,有点难。可是,该反应得到Fe3O4却是不争的事实。乍一想,这个事实很容易解释。我曾读到一个中学教研员写的文章,他是这样解释这个事实的:

从热力学数据表(29812K)可以查到-ΔfGm°/(kJ・mol-1):ΞΞ

 Fe3O4(s)  Fe2O3(s)  FeO(s)-1012.634  -74.435   -245.933

-(Fe3O4)ν他说,由以上数据可见,ΔfGm°

-ΔfGm°(Fe2O3或FeO),这说明铁和氧气化合生成Fe3O4是热力学趋势最大的,因此,铁和氧的化合的产物是Fe3O4,不是Fe2O3或FeO。

我相信,这位教研员一定用这个解释回答了许多中学老师的提问,因为这个疑问很容易产生。若提问的人学过化学热力学,懂得化学反应的热力学趋势可以用ΔG来度量,会不假思索的接受这个解释。

然而,如果稍加思索,就会发现这个解释有问题了。谁都知道,在常温下铁生锈,通常是生成Fe2O3呀!这说明,以上解释肯定有问题。

为什么从以上数据不能直接说明哪一个氧化物最稳定呢?Fe3O4的生成自由能的负值(-ΔfGm)最小,能否表明它是三种铁氧化物中最稳定的呢?

我们通常说,一个过程的-ΔG很大,表明该过程的自发性很大。但这是一种很笼统的说法,并不能用来对比不同反应自发性。须知:对比,必须有可比性!比如,谁也不会去对比体积和质量孰大孰小,因为他知道,体积和质量是两个不同的物理量,对比它们的数值大小毫无意义。其实,不同反应的ΔG,也可能跟体积与质量一样不可比,却常常被人们忽略了。

要对比铁和氧化合成各种氧化铁的自发性大小,最简单的理论模型是考察他们的相互转化的自发性,即:

(1)3FeO(s)+1/2O2(g)=Fe3O4(s)

(2)2Fe3O4(s)+1/2O2(g)=3Fe2O3(s)

引用上列数据对于反应(1):

-ΔrGm-(1)=Δ(Fe3O4)-3ΔfGm-°(FeO)°fGm°

=-274.8kJ・mol-

1

对于反应(2):

--ΔrGm-(2)=3Δ(Fe2O3)-2Δ(Fe3O4)°fGm°fGm°

=-202.0kJ・mol-

1

-这表明,反应(1)和(2)的ΔrGm°都小于

零,都是自发的。因而,若将FeO,Fe3O4和

-Fe2O3跟标态的氧气(p°=100kPa)放进一体系,FeO将自发地转化为Fe3O4,Fe3O4又将自发地转化为Fe2O3!这正与我们的经验一致:氧气充分时常温下铁生锈得到的铁锈是Fe2O3。

从求取上面两个转化反应的标准摩尔自由能变化的关系式里你一定已经发现,三种氧化物的生成自由能并不是可以直接相减的,而是要乘以一个系数,可见直接比较三种生成自

Ξ本文的基本内容笔者曾在北京市中学教师培训班上讲过数次。最近,笔者又将本文的基本内容以阅读材料的方式编入高等教育出版社北京师大等校编《无机化学》第四版。

ΞΞ林传仙,白正华,张哲儒.矿物及有关化合物热力学数据手册.北京:科学出版社,1985;其中FeO的数据取Fe0.947O的,是铁与氧气反应的真实产物。

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由能的差别(相当于相减)是没有意义的,即:它们没有可比性!

为考察在铁丝里发生燃烧反应得到的是

-哪一种氧化物,不能用常温下的ΔG°,而要用

---ΔH°燃烧反应温度下的ΔG°,因为ΔG°不像

-和ΔS°,温度对它有很大的影响。为得到铁丝燃烧的温度,精确的方法当然是测量,但也可以用如下唾手可得的事实来估计:铁丝在充满氧气的广口瓶里燃烧时,铁丝熔化了,而且产物Fe3O4也是熔珠。可见,燃烧温度已经达到铁和Fe3O4的熔融温度。查阅数据,铁和Fe3O4的熔融温度分别为1800K和1870K,因此,若用1800K下三种氧化物的生成自由能数据来估算,并假设熵变与焓变不随温度而变,可近似地用吉布斯2亥姆霍兹方程由三种氧

-(298K)/(kJ・化物在常温下的生成焓ΔfHm°

-(298K)/(J・mol-1)和标准熵Sm°mol-1・

K-1)来计算1800K下三种氧化物的生成自由能:物 质Fe3O4(s)Fe2O3(s)FeO(s)Fe(s)O2(g)

-ΔfHm° 

-Sm°  

/(kJ・mol-1)-1115.726-824.640-266.563

0  0  

/(J・mol-1・K-1)

146.140  

87.400  59.162  27.280  205.035  

--Δ(1800K,Fe3O4)=Δ(298K,Fе  fGm°fHm°3O4)

(298K,i)]=-493.3kJ・-1800K×[ΣviSm-°mol-1

--Δ(1800K,Fe2O3)=Δ(298K,Fe2O3)fGm°fHm°

-(298K,i)]=-330.2kJ・-1800K×[ΣiSm°mol-1

--Δ(1800K,FeO)=Δ(298K,FeO)fGm°fHm°

(298K,i)]=-139.4kJ・-1800K×[ΣviSm-°mol-

1

从本文数据来源的参考书上也可以直接查到1800K下三种氧化物的生成自由能,它

-(1800K,Fe3O4)=-550.9们分别为:󰃙fGm°-(1800K,Fe2O3)=-354.2kJ・mol-1,󰃙fGm°-(1800K,FeO)=-144.5kJ・mol-1和󰃙fGm°

kJ・mol-1。这些数据与上述近似计算的结果稍有差别,这是由于近似计算忽略了生成焓与标准熵随温度的变化等因素,但相差并不太大(相对偏差分别为-10%,-7%和-4%),可见一般而言这种近似计算还是合理的。不过,既然我们可以查到1800K下的生成自由能,不妨用它们来计算。

   TLRMSC10

用1800K下的生成自由能数据重复计算

反应(1)和反应(2)在1800K下的标准摩尔反应自由能变化,得到:

--ΔrGm°(1800K,1)=ΔfGm°(Fe3O4)

-ΔfGm°(FeO)=-207.3kJ・-3mol-1

--ΔrGm°(1800K,2)=3ΔfGm°(Fe2O3)

-ΔfGm°(Fe3O4)=+39.10kJ・-2mol-1

计算结果表明:在1800K(铁燃烧温度左

-右),p(O2)=p°下,FeO氧化为Fe3O4的反应是自发的,而Fe3O4继续氧化为Fe2O3是不自发的,即其逆反应,Fe2O3脱氧转化为Fe3O4是自发的。结论:铁丝在充满氧气的广口瓶里燃烧的产物是Fe3O4。还可以证明,在1800K左右相当大的温度范围内,例如1600K~2200K,这两个反应的自发性不会改变,而温度过低,将得到Fe2O3,温度过高,将得到FeO,

-其基本原因是TΔS°随温度的改变,温度越高,越容易发生脱氧反应,计算方法相似,从略。

你可能会担心,随着燃烧反应不断进行,氧气分压渐次降低,从标态转为非标态,会不会改变转化反应的自发性而得到另两种氧化物呢?通过如下计算可说明不必担心:

--ΔrGm°(1800K)=-RTlnK°

-1/2

=-RTln[p(O2)平衡/p°]

-- [p(O2)平衡/p°]-1/2=exp[-ΔrGm°/RT]

3-1

=exp[207340Pa・m・mol/(8.314

Pa・m3・mol-1・K-1)×298.15K]

=2112・1036

-p(O2)平衡=p°×(2.12・1036)-2

≈2・10-68Pa

这表明,氧和铁反应生成Fe3O4的反应达到平衡时氧的分压为2・10-68Pa,换言之,只要氧气的分压高于2・10-68Pa,反应(1)都将向右进行,而2・10-68Pa是一个根本不可能达到的微乎其微的氧分压,这就表明,不管氧气消耗后氧分压如何下降,也不会改变反应(1)向右进行的自发性。至于反应(2),是向左自发的反应,氧分压的下降只会增强Fе2O3脱氧生成Fe3O4的自发性,不必再去计算了。

本文是利用大一化学水平的化学热力学基础知识对同时存在几个反应的系统进行分析的典型例子,具普遍意义。尤其对从事教学的人,可从中领会到,如何利用热力学原理理解中学化学教材里的常见反应。

范文七:铁丝在氧气中燃烧的研究 投稿:傅鰐鰑

!76!化󰀁学󰀁教󰀁育󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第10期

铁丝在氧气中燃烧的研究

乔金锁󰀁刘󰀁冷

(晋中学院化学化工学院󰀁山西晋中󰀁030600)

*

摘要󰀁󰀂铁丝在氧气中燃烧 的实验,以小木炭块为铁丝引燃物较好。当铁丝直径为

0󰀁20mm时,最好3根拧在一起燃烧,当铁丝直径小于0󰀁20mm时,还要增加根数;用直径为0󰀁38mm的废石棉网铁丝1根、直径为0󰀁23mm的自行车闸钢丝1根或2根(拧在一起)、直径为0󰀁50mm的炮线1根为燃烧对象时,效果都好,尤其钢丝燃烧时的火星四射更美观。

关键词󰀁铁丝燃烧󰀁引燃物󰀁铁丝直径󰀁燃烧条件󰀁氧气

󰀂铁丝在氧气中燃烧 是初中化学教科书中证明氧气化学性质的一个学生实验(或演示实验,或学生活动与探究实验)。该实验与󰀂木炭在氧气中燃烧 、󰀂硫在氧气中燃烧 及󰀂蜡烛在氧气中燃烧 实验相比,有些化学教师觉得在操作上有困难,实验成功率较低。为此,一些化学教师对该实验进行了改进,如󰀂用酒精引燃铁丝

[1]

条件,笔者做了较系统、详细的研究。

1󰀁实验过程

1󰀁1󰀁直径不同的铁丝(钢丝)在纯氧气中燃烧第1步:选取容积为320mL的集气瓶10个,用排水法集满氧气。

第2步:分别用火柴棒、绿豆大小的木炭块作为铁丝(钢丝)的引燃物;以相同直径的铁丝(钢丝)不同根数做燃烧对象进行实验;以不同直径的铁丝(钢丝)为燃烧对象进行实验,实验情况见表1

、󰀂用直径

小于0󰀁18mm的细铁丝在酒精灯火焰上加热后直接伸入集气瓶 [2]等。这些改进仅是单纯从一个角度考虑,且优势不太明显。为了明确做好该实验的

󰀂 (H󰀂

2010年第10期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁化󰀁学󰀁教󰀁育!77!

由表1得结论:

(1)用小木炭块作为铁丝(钢丝)的引燃物比用火柴棒为好。以小木炭块为引燃物有3个优点:一是实验现象明显,成功率高。只要操作规范,铁丝(钢丝)燃烧前小木炭块掉不下来,实验成功率就是100%。二是易于操作。解决了火柴引燃铁丝时难以把握的课本上要求的󰀂待火柴临近燃烧完时缓慢插入盛有氧气的集气瓶 或󰀂待木柴即将燃尽

时插入集气瓶 的操作困难。三是把木炭与铁丝分别在氧气中燃烧,合并在一次做完,可节约实验时间。

(2)用直径为0󰀁20mm的废石棉网或铁纱窗的铁丝为燃烧对象时,3跟拧在一起进行实验效果最好,这也说明为什么人教版初中化学教科书中要求󰀂取几根纱窗细铁丝,擦去表面铁锈或油漆,拧成一束∀∀

!78!化󰀁学󰀁教󰀁育󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁2010年第10期

(3)用直径为0󰀁38mm的废石棉网铁丝、直径为0󰀁23mm的自行车闸钢丝1跟或2跟(拧在一起)、直径为0󰀁50mm的炮线为燃烧对象时,效果都好,尤其钢丝更美观。

1󰀁2󰀁直径不同的铁丝(钢丝)在不同体积分数的

氧气中燃烧1󰀁2󰀁1󰀁制取一定体积分数的氧气

装置如下图1所示。

第1步:选取5个空集气瓶,胶塞以下体积为310mL。

第2步:为防止铁丝燃烧炸裂集气瓶,集气瓶底应留有一定量的水。为统一标准每个瓶中都留存30mL水,并在该处做好记号。每次制氧气时,水

平面下降到记号处立即停止制氧气。见图1a所示。第3步:制取不同体积分数的氧气。首先制取体积分数为90%的氧气。见图1b。

设集气瓶水面以上空气的体积为x,其中氧气的含量为x/5。由于每次制氧集气瓶里的水面到记号处就停止,所以排掉水的体积就为生成氧气的体积,即310mL-30mL-x,氧气的总体积则为:x/5+280mL-x,所以水面以上氧气的体积分数为:[x/5+280mL-x)]/280mL=90%,x=35mL。则应向空集气瓶中加入水的体积为:310mL-35mL=275mL。为以后制气方便,可在此水平面处也做上记号。同理,可制取体积分数为80%、70%、65%、60%、55%

的氧气。

图1󰀁制取一定体积分数的氧气

1󰀁2󰀁2󰀁直径不同的铁丝(钢丝)在不同体积分数的氧气中燃烧

分别用直径为0󰀁20mm的铁丝3根拧在一起、直径为0󰀁23mm的自行车闸钢丝2根拧在一起、直径为0󰀁38mm石棉网铁丝1根,在体积分数为

90%的氧气中做燃烧实验;紧接着用这些铁丝分别在氧气体积分数为80%、70%、65%、60%、55%的集气瓶中做燃烧实验,实验情况见表2。

表2󰀁直径不同的铁丝(钢丝)在不同体积分数氧气中的燃烧情况

O2体积分数/%

9090908080807070

燃烧对象0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根0󰀁38mm铁丝1根0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根0󰀁38mm铁丝1根0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根

燃烧情况说明

铁丝燃烧比在纯氧中欠剧烈,火星较纯氧中明显,效果好。

钢丝燃烧比在纯氧中欠剧烈,火星四射比铁丝强度大、美观,并有比铁丝燃烧更大的爆

鸣声。

铁丝燃烧比在纯氧中欠剧烈,燃烧时熔化铁球逐渐增大,效果好。

铁丝燃烧比在90%的氧中欠剧烈,火星较90%的氧中略少,燃烧时熔化铁球比在90%的氧中大,燃烧时间比在90%的氧中短,效果好。

钢丝燃烧比在90%的氧中弱,火星四射比铁丝强度大、美观,并有比铁丝燃烧更大的爆鸣声,燃烧时间比在90%的氧中短,效果好。

铁丝燃烧比在90%的氧中弱,燃烧时熔化的铁球较大,燃烧时间比在90%的氧中短,效果好。

铁丝燃烧比在80%的氧中弱,火星较80%的氧中略少,燃烧时熔化的铁球较大,燃烧时间比在80%的氧中短,实验成功。

钢丝燃烧比在80%的氧中弱,火星四射比铁丝强度大、美观,并有比铁丝燃烧更大的爆鸣声,燃烧时间比在80%的氧中短,效果好。

2010年第10期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁化󰀁学󰀁教󰀁育!79!续表

O2体积分数/%

70656565606060555555

燃烧对象0󰀁38mm铁丝1根0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根0󰀁38mm铁丝1根0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根0󰀁38mm铁丝1根0󰀁20mm铁丝3根0󰀁23mm钢丝2根0󰀁38mm铁丝1根

成功。

燃烧情况说明

铁丝燃烧比在80%的氧中弱,燃烧熔化的铁球较大,燃烧时间比在80%的氧中短,实验铁丝燃烧比在70%的氧中弱,火星较70%的氧中略少,燃烧时熔化的铁球较大,燃烧时

间比在70%的氧中短,实验成功。

钢丝燃烧比在70%的氧中弱,火星四射比铁丝强度大、美观,并有比铁丝燃烧更大的爆鸣声,燃烧时间比在70%的氧中短,效果好。

铁丝燃烧比在70%的氧中弱,燃烧熔化的铁球较大,燃烧时间比在70%的氧中短,实验成功。

铁丝燃烧比在65%的氧中弱,火星较65%的氧中略少,燃烧时熔化的铁球较大,燃烧时间比在65%的氧中短,实验成功。

钢丝燃烧比在65%的氧中弱,火星四射比铁丝强度大、美观,并有比铁丝燃烧更大的爆鸣声,燃烧时间比在65%的氧中短,效果好。

铁丝燃烧比在65%的氧中弱,燃烧熔化的铁球较大,燃烧时间比在65%的氧中短,实验成功。

铁丝燃烧成功率低,且用小木炭块才能引燃,燃烧熔化的铁球较小、燃烧时间也短,但还是可以看到有火星四射。

燃烧比在60%的氧中弱,燃烧熔化的铁球较小、火星四射明显,比同量氧气中铁丝燃烧效果好。

用小木炭块也难以引燃,铁丝只是发红。

由表2得结论:

(1)用直径0󰀁23mm钢丝2根拧在一起,在氧气体积分数为55%~100%的集气瓶中都可以燃烧,但氧气的体积分数越大,实验的成功率也越大。该实验中,除在55%的氧气中有时不会成功外,在氧气体积分数为60%以上的情况下都是能一次成功的。

(2)直径0󰀁20mm铁丝3根(拧在一起)、直径0󰀁38mm铁丝1根,在氧气体积分数为60%~100%的集气瓶中都可以燃烧,且都可一次成功。

2󰀁讨论

(1)引燃铁丝(钢丝)用小木炭块,绿豆大小最好。太大,木炭在氧气中燃烧耗氧太多,影响铁丝的燃烧效果和重复燃烧次数;太小,难以用铁丝(钢丝)缠绕,不容易缠牢,也不好引燃铁丝。

(2)有教师认为󰀂很多老师用窗纱上的细钢丝做铁丝在氧气中燃烧实验失败了,其主要原因应该

[3]

是窗纱上的纺织钢丝是低碳钢 。本实验研究证明,只要操作规范,用小木炭块作引燃物(火柴棒也行),就可以使直径约为0󰀁20~0󰀁50mm的一般铁丝(或自行车闸用的钢丝)在氧气中燃烧,且有很高的成功率。铁丝含碳量的高低不是影响该实验成功的主要因素,含碳量高的铁丝,燃烧更剧烈、火星更好看。

(3)直径为0󰀁23mm自行车闸用的钢丝,在该实验中效果最好,在修理自行车处很容易找到,只是不好在小木炭块上缠绕。如果集气瓶容积小,

最好用1根钢丝。

(4)目前纱窗细铁丝由于用户极少,难以寻找,可用直径0󰀁20mm铁丝做的废石棉网,把该铁丝用细砂纸稍加打磨即可使用;直径为0󰀁38mm铁丝做的废石棉网比较易得;直径为0󰀁50mm的炮线比较难找,要用可以从市场上买到,但必须去掉外面的塑料皮。

(5)若用火柴棒做引燃物,则铁丝应缠绕5~10圈,太少达不到着火点,钢丝可少缠几圈或窝个圈把小木炭块插进去,但要插牢。

(6)开始集气时,要等收集处管口有连续气泡出现再收集,以保证氧气的体积分数能达到60%以上,确保实验成功。

(7)若集气后不能在较短时间内使用,需要在集气瓶口抹些凡士林密封,防止氧气逸散,造成实验现象不明显或失败。

(8)各种铁丝(钢丝),在盛有氧气的集气瓶中反复燃烧的次数,因引燃物小木炭块的大小(或插入集气瓶中时火焰的大小)、每次铁丝(钢丝)在集气瓶中燃烧时间的长短、操作上使氧气逸散的多少及集气瓶中所集氧气的体积分数多少而定,因人而异,不好确定。

参󰀁考󰀁文󰀁献

[1]󰀁骆仁新󰀁化学教学,2001,(9):13

[2]󰀁刘敬华,何志民󰀁化学教育,2007,28(10):49[3]󰀁钱百成󰀁化学教学,2007,(2):8

范文八:铁丝在氧气里燃烧的产物 投稿:刘扳扴

作者:吴国庆

中学化学教学参考 2003年02期

  初中化学有一实验——铁丝在充满氧气的广口瓶里燃烧。教科书告诉我们,这个反应的产物是Fe[,3]O[,4]。为什么反应产物不是Fe[,2]O[,3]或FeO呢?若是Fe[,2]O[,3]或者FeO该多好,初中生刚学化学,就遇到Fe[,3]O[,4]这种混合价态的物质,有点难。可是, 该反应得到Fe[,3]O[,4]却是不争的事实。乍一想,这个事实很容易解释。 我曾读到一个中学教研员写的文章,他是这样解释这个事实的:

  

  我相信,这位教研员一定用这个解释回答了许多中学老师的提问,因为这个疑问很容易产生。若提问的人学过化学热力学,懂得化学反应的热力学趋势可以用ΔG来度量,会不假思索的接受这个解释。

  然而,如果稍加思索,就会发现这个解释有问题了。谁都知道,在常温下铁生锈,通常是生成Fe[,2]O[,3]呀!这说明,以上解释肯定有问题。

  为什么从以上数据不能直接说明哪一个氧化物最稳定呢?Fe[,3]O[,4]的生成自由能的负值(-Δ[,f]G[,m])最小,能否表明它是三种铁氧化物中最稳定的呢?

  我们通常说,一个过程的-ΔG很大,表明该过程的自发性很大。但这是一种很笼统的说法,并不能用来对比不同反应自发性。须知:对比,必须有可比性!比如,谁也不会去对比体积和质量孰大孰小,因为他知道,体积和质量是两个不同的物理量,对比它们的数值大小毫无意义。其实,不同反应的ΔG,也可能跟体积与质量一样不可比,却常常被人们忽略了。

  要对比铁和氧化合成各种氧化铁的自发性大小,最简单的理论模型是考察他们的相互转化的自发性,即:

  

  从求取上面两个转化反应的标准摩尔自由能变化的关系式里你一定已经发现,三种氧化物的生成自由能并不是可以直接相减的,而是要乘以一个系数,可见直接比较三种生成自由能的差别(相当于相减)是没有意义的,即:它们没有可比性!

  为考察在铁丝里发生燃烧反应得到的是哪

  

作者介绍:吴国庆,北京师范大学化学系

范文九:有关铁在氧气中燃烧实验的五种现象解析 投稿:蔡訅訆

作者:潘国荣杨箭标

教学仪器与实验 2015年01期

  铁丝在氧气中燃烧的实验是初中化学一个重要的演示实验和学生活动与探究实验。在多年的教学实践中,我们常常被学生和一些老师问道:铁丝在氧气中燃烧产生的现象与生活中接触到的燃烧现象为什么有较大区别?例如,没有火焰、没有烟子,产生的是火星四射等。下面就有关铁丝在氧气中燃烧实验产生的五种现象进行分析探讨,供教学参考。

  一、铁丝在氧气中燃烧为什么没有火焰

  火焰是可燃性的气体或者蒸气燃烧时产生的。对于可燃性固体而言,其燃烧产生火焰的情况通常有四种:一是蒸发燃烧。固体的熔点和着火点都比较低,在受热时就会首先熔化为液体,然后蒸发变为蒸气与空气进行混合燃烧。初中化学中常见的固体如石蜡、硫、磷等的燃烧都属于蒸发燃烧。二是挥发燃烧。容易升华的固体(如萘、樟脑等),在受热时固体不经熔融,而是直接升华变为蒸气,蒸气与空气进行混合燃烧。三是分解燃烧。结构复杂的固体可燃物,在受热时发生热分解,生成可燃性气体与空气进行混合燃烧。例如,点燃一根木材,是木材先发生热分解,挥发出可燃性气体,然后可燃性气体进行燃烧,此时就有火焰产生。四是生成气体再燃烧。如一堆木炭燃烧,产生了可燃性的气体一氧化碳,一氧化碳再燃烧就产生火焰了。

  铁的熔点是1530℃,沸点是3000℃,是非常高的。铁在热源作用下不气化也不能够分解。在与氧气发生反应燃烧时,氧气只能直接扩散到它的表面进行燃烧。这种燃烧形式称为表面燃烧。这类燃烧只能产生红热的表面,但是不产生火焰,燃烧的速度与固体的表面积有关。

  二、铁丝在氧气中燃烧为什么不产生烟子

  烟子是大量的固体小颗粒聚集悬浮在一定的空间范围内形成的现象。烟子会跟随气流而上升或摇摆,其颜色主要是由颗粒的颜色决定的。由于铁的熔点、沸点高,进行的是表面燃烧,生成的铁的氧化物的熔点也非常高(FeO为1420℃,为1560℃并分解,为1594℃并分解),故不能产生大量的固体小颗粒聚集悬浮在空中,所以就没有产生烟子的现象了。

  三、铁丝在氧气中燃烧为什么火星四射[1]

  木炭燃烧之所以产生火星四射的现象,是因为疏松多孔的木炭在内部燃烧时产生一氧化碳与二氧化碳气体。这些气体在受热时体积膨胀,使燃着的固体或液体爆裂向四周飞溅。实验用的铁丝通常并不是纯净的铁,而是含有一定量的碳及微量的硫、磷等。铁燃烧时,铁里的碳会与氧气或熔融状态的铁的氧化物反应生成一氧化碳与二氧化碳气体。这些气体在一千多度的高温下体积急剧膨胀,推动其周围呈熔融状态的铁及其氧化物向四周飞溅。这些飞溅物在飞溅过程中继续与氧气反应,温度很高,因此就有了火星四射的现象产生。含碳量越高的铁(或钢)丝,火星四射越明显。纯净的铁燃烧时没有气体生成,是没有火星四射现象的。许多老师把火星四射的程度作为衡量铁丝燃烧成功与否的标志,是错误的观念。

  四、铁丝在氧气中燃烧为什么没有像生铁那样是红色固体

  

  

  五、铁丝在氧气中燃烧为什么发光不强

  高温能够导致原子发射光谱,呈现不同的颜色。随着温度的不断升高,原子的价电子就会被激发到能量较高的原子轨道上去,从而产生不同波长的光。

  为了说明问题,先用镁和钠做参考

  

  

  回到铁的问题。铁的熔点沸点都很高,而铁燃烧生成四氧化三铁所释放的能量不及镁的三分之一,这些能量不能让铁气化,很难使铁原子的价电子在高能量的原子轨道之间跃迁而产生强光。铁与其氧化物之间的熔点比较接近,铁丝在氧气中燃烧产生的能量主要是以热的形式释放,产生的高温使铁及其氧化物发生熔化,因此发光就不强,我们只能看到红热(红光)现象。

  总之,各种物质发生化学变化产生的现象不同是由其本质决定的。看起来很简单的燃烧,由于可燃物质所属的气体、液体、固体这些状态不同,生成产物的状态(气体、液体、固体)不相同,现象就不会一样。当物质的物理、化学性质差异很大时,其化学变化产生的现象也就截然不同了。现代中学生的想象力非常丰富,他们的好奇心也是非常强的。作为化学老师,我们只有不断学习,提高自己的专业知识水平,深刻了解各种化学变化现象的本质原因,才能应对学生学习过程中产生的问题,更好地为教学服务。

作者介绍:潘国荣,杨箭标,贵州省雷山县第三中学(557199)。

范文十:有关铁在氧气中燃烧实验的五种现象解析 投稿:程腹腺

有 关 铁 在 氧 气 中燃 烧 实 验 的 五 种 现 象 解 析 口  潘 国荣  杨 箭 标 贵 州省 雷 山县第 三 中学  5 5 7 1 9 9  摘 要 在 实验 教 学 过 程 中 , 学 生 常 常 对铁 丝在 氧 气 中燃 烧 产 生 的 一 些 现 象 为 什 么 与 生 活 中接 触 到 的燃 烧 现 象 区 别 较 大提 出疑 问 , 有 些 老 师 也 是 不 知 其 所 以 然 而 无 法 回答 学 生 。 文章 从 火焰 、 烟子 、 火星四射、 固体颜色、 光 亮度 等 五 个 方 面 对 铁 丝在 氧 气 中燃 烧 产 生的 特 殊 现 象 进 行 了解 析 , 以 帮助 师 生透 过 现 象理 解 化 学 变化 的 本 质 。  关键词铁 丝  氧 气燃 烧  实验现 象 铁 丝在 氧气 中燃 烧 的实验 是初 中化 学一个 重  要 的演示 实验 和学生 活动 与探 究实 验 。在多 年 的 燃 烧 的速度 与 固体 的表面 积有关 。  教 学实 践 中 , 我们 常 常被学 生 和一些 老师 问道 : 铁  丝在氧 气 中燃烧 产生 的现象 与 生活 中接 触到 的燃 烧 现象 为什 么有 较大 区别 ?例 如 , 没 有火 焰 、 没 有 2 铁 丝在 氧气 中燃烧 为什 么不产 生 烟子  烟 子是 大量 的 固体 小颗 粒 聚集悬 浮在 一定 的 空 间 范围 内形成 的现 象 。烟子会 跟 随气 流而上 升  或 摇摆 , 其颜 色 主要 是 由颗 粒 的颜 色 决 定 的 。 由   于 铁 的熔 点 、 沸点高 , 进 行 的是 表 面燃 烧 , 生 成 的 烟子 , 产生 的 是火 星 四射 等 。下 面 就 有关 铁 丝 在 氧气 中燃 烧实 验产 生 的五 种 现 象 进行 分 析 探 讨 ,  供 教学 参考 。  1   铁 丝在 氧气 中燃 烧为什 么 没有火 焰 铁 的氧 化 物 的 熔 点 也 非 常 高 ( F e O为 1 4 2 0  ̄,  F e   O 。为 1 5 6 0 ℃并分解, F e   O  为 1 5 9 4  ̄ 并 分  解) , 故 不 能 产 生 大 量 的 固体 小 颗粒 聚集 悬 浮 在 火焰 是 可燃 性 的 气 体 或 者 蒸 气 燃 烧 时 产 生 空中, 所 以就没有 产 生烟子 的现象 了 。  3 铁 丝在 氧气 中燃 烧为什 么 火星 四射 …  木炭 燃烧之所 以产生火星 四射的现象 , 是 因为 的 。对 于 可燃 性 固体 而言 , 其 燃 烧 产 生火 焰 的情 况 通 常有 四种 : 一 是 蒸 发 燃 烧 。 固体 的熔 点 和 着  火点都 比较 低 , 在 受 热时就 会首 先熔 化 为液体 , 然  后 蒸发 变 为蒸气 与空 气进行 混 合燃烧 。初 中化 学 疏 松多孔 的木 炭在 内部燃 烧 时产 生一 氧化 碳 与二  氧化碳气体 。这些气体在 受热时体 积膨胀 , 使燃着  的 固体或液 体爆 裂 向 四周 飞 溅 。实 验 用 的铁 丝通  常并不是纯净 的铁 , 而是含 有一定量 的碳及 微量 的 硫、 磷等 。铁燃 烧 时 , 铁 里 的碳 会 与氧 气 或熔 融状  态的铁 的氧化 物 反应 生成 一 氧化 碳与 二 氧化 碳气 中常 见的 固体如 石蜡 、 硫、 磷等 的燃烧 都 属于蒸 发 燃 烧 。二是 挥 发 燃 烧 。容 易 升 华 的 固 体 ( 如萘 、  樟脑等) , 在 受热 时 固体不 经 熔 融 , 而 是 直接 升 华  变为蒸 气 , 蒸 气 与空 气 进 行 混 合燃 烧 。三是 分 解 燃烧 。结 构复 杂 的 固体 可 燃 物 , 在 受 热 时 发生 热  分解 , 生成 可 燃性 气 体 与空 气 进行 混 合燃 烧 。例 如, 点 燃 一 根 木材 , 是 木 材 先 发生 热 分 解 , 挥发 出  体 。这些气 体在一千 多度 的高温 下体积 急剧膨胀 ,   推动其周 围呈熔 融 状态 的铁 及其 氧 化物 向四周 飞 溅 。这些 飞溅物在 飞溅 过程 中继续 与氧气 反应 , 温 可燃性 气体 , 然后 可 燃性气 体进 行燃 烧 , 此时 就有 火焰产 生 。 四是 生成 气体 再燃 烧 。如一 堆木 炭燃 度 很高 , 因此就 有 了火星 四射的现象 产生 。含碳量 越 高 的铁 ( 或钢) 丝, 火 星 四射越 明显 。纯 净 的铁  燃 烧时没有气 体生成 , 是 没有火星 四射现 象 的。许 烧, 产 生 了可燃性 的气体一 氧 化碳 , 一氧 化碳再 燃  烧就产 生 火焰 了 。  铁 的熔 点 是 1 5 3 0  ̄, 沸 点是 3 0 0 0 ℃, 是 非 常 多老师把火 星 四射 的程度 作 为衡 量铁 丝 燃烧 成 功 与否 的标 志 , 是错误 的观 念 。  4 铁 丝 在 氧 气 中 燃 烧 为 什 么 没 有 像 生 铁 那 样 是  红 色 固 体 高 的。铁 在热 源作 用下 不气化 也 不能够 分解 。在 与氧 气发 生反 应燃 烧 时 , 氧气 只能 直 接 扩 散 到 它 的表 面进 行燃 烧 。这 种燃 烧 形 式 称 为 表 面燃 烧 。  这类 燃烧 只 能产生 红热 的表 面 , 但 是不 产生 火焰 ,  从铁 的 氧化 物 在 标 准 状况 下 的生 成 焓 来看 :  ・3 8 ・  E d u c a t i o n a l   E q u i p me n t   An d   E x p e r i me n t   V o 1 . 3 0,No . 1 0,2 0 1 4   F e O为 2 7 2 . 0 4   k J・ m o l ~、 F e , O  为 8 2 5 . 5 k J・  如果将 镁 换成 钠 进 行 燃 烧 , 则 由 于 钠 原 子 的 o t o l ~、 F e 2 O 3 ・ H 2 O为 1 1 1 7 . 9 6   k J ・ oo t l ~、 F e 3 O 4 为  1 1 1 8 . 4 k J ・ m o l ~。铁在 潮 湿 空气 中与 氧 气 和水 反  应生 成 Fe   O 。 ・ H : O时 , 在 能量 上 是 最 有 利 的 。也 价 电子 [ 3   S   ] 在 原子 轨 道 [ 3   s 一3 p ] 之 间跃 迁 成 为 [ 3   S   一3 p   ] 的概 率最 大 , 且 对应 黄光 , 所 以尽 管 其 它跃 迁虽 然也 存 在 , 但 比例 相对 较少 , 所 以我们 就 看 到 了黄光 。  可 以利用 热 力学 公 式 计 算 推 出 , 铁 与水 及 氧 气 在  常 温 下 的 反 应 是 自发 进 行 的 ( 计算不难, 故 从  略) 。所 以我 们 不 难 理解 , 常 温 下 在 潮 湿 空 气 中 铁 生锈 时 , 主要 产物 是 F e : O   ・ H : O了( 当然 , 铁 锈 的成分 要复 杂 得多 ) 。   从铁的氧 化物 熔 点推 知 , 由于 F e O 的 熔 点 回到铁 的 问题 。铁 的熔 点 沸 点 都 很 高 , 而 铁 燃烧 生 成 四氧化 三铁 所释 放 的能量 不及镁 的三分 之一 , 这 些 能量 不能让 铁 气化 , 很难 使铁 原子 的价 电子在 高能 量 的 原子 轨 道 之 间 跃 迁 而产 生 强 光 。   铁 与其 氧化 物 之 间 的熔 点 比较 接 近 , 铁 丝 在 氧气 低, 当氧 气 与 铁 反 应 时 , 首先生成 F e O; 又 由 于 F e O熔 化 后与 氧 气 接 触 面 增 大 , 会 进 一 步 与 氧气  反 应 生成 F e   O   ; 随着 温 度 升 高 , F e   O  会 分 解 生 中燃烧 产 生 的能 量 主要 是 以热 的形 式 释放 , 产 生  的高温 使铁 及其 氧化 物 发 生 熔 化 , 因此 发 光 就不 强, 我 们 只能看 到红 热 ( 红光 ) 现象 。   总之 , 各种 物 质 发 生化 学 变 化 产 生 的 现 象 不 成 F e   O   。 同 样 可 以用 热 力 学 计 算 的 方 法 来 证 明, 铁 在 氧气 中燃 烧最 后 产 物应 该 是 F e   O   ( 由于 同是 由其 本 质决 定 的 。看起 来 很 简 单 的燃 烧 , 由   于 可燃 物 质 所 属 的气 体 、 液体 、 固体 这些 状 态 不  同, 生 成 产物 的状 态 ( 气体 、 液体 、 固体 ) 不相 同,  现象 就不 会 一 样 。 当物 质 的物 理 、 化 学 性 质 差 异  很 大时 , 其化 学变 化产 生 的现象 也就 截然 不 同 了。   现代 中学生 的想 象 力 非 常 丰 富 , 他 们 的好 奇 心 也 计 算 不是 很 复杂 , 这里从略) 。F e , O  的 熔 点 比铁  高, 因此熔 融 的 F e   O  会 夹 杂 着 一 些 液 态 铁 一 起 飞溅 或落 下 。这 个结 论 已经被 许 多 老师  用 实 验所 证 实 了 。  5 铁 丝在 氧气 中燃 烧 为什 么发 光 不强 高 温能 够 导致 原 子 发 射 光 谱 , 呈 现 不 同 的颜  色 。随着温 度 的不 断 升 高 , 原 子 的价 电 子 就会 被 是 非常 强 的 。作 为化 学老 师 , 我们 只有不 断学 习 ,  提 高 自己 的专业 知 识 水 平 , 深 刻 了解 各种 化 学 变  化 现象 的本 质原 因 , 才 能应 对 学 生 学 习 过程 中产  生 的 问题 , 更好 地 为教学 服务 。   注: 本 文是我 校 开 展 的 中国 化 学会 化 学 教 育  委 员会 基 础教 育 “ 十 二 五” 规划 2 0 1 3年 重 点课 题  《 初 中化 学新 课程 实验 设 计 与创 新研 究》 ( 课 题 批 准号: H J 2 0 1 3 一o 0 0 4 ) 与黔 东 南 州 2 0 1 3年 基 础 教 激 发 到能 量较 高 的原 子 轨 道 上 去 , 从 而 产 生 不 同 波 长 的光 。  为 了说 明 问题 , 先 用镁 和 钠做 参考 。  镁 的熔点 是 6 5 0 ℃、 沸点是 1 1 0 7 ℃, 氧化 镁 的 熔点是 2 8 0 0 ℃ 。氧 化 镁 的 标 准 生 成 焓 是 6 0 2 k J ・  m o l 一。镁 燃 烧很 剧 烈 , 释 放 的能 量 很 高 , 会 使 镁 育 科研课 题 ( 重 点课 题 ) “ 少 数 民族地 区初 中化 学  气化 , 促 使镁 原 子 的 价 电 子 在 能量 不 同 的原 子 轨 道 之 间跃迁 。当 镁 原 子 的价 电子 [ 3   S   ] 在 原 子 轨 实验创 新设 计 应 用 研 究” ( 课 题编号: 2 0 1 3 A 0 1 5 )  的系 列成果 之 一。   参 考 文 献 1 潘国荣 , 陈正美. 有 关 铁 在 氧 气 中燃 烧 实 验 问题 探 析 [ J ] . 化 学 教与学 , 2 0 1 3 ( 8 ) : 8 6— 8 7   2 高志清. 对 铁 丝 在 氧 气 中燃 烧 实 验 的几 个 问 题 的探 讨 [ J ] . 化  学教学 , 1 9 9 5 ( 9 ) : 4 2   3 胡玉阁. 师生畅谈 铁丝 在氧气 中燃 烧实验 [ J ] . 中学 生理 科 ,  1 9 9 7 ( 1 1 ) : 8  道[ 3   s 一3 p ] 之 间的跃 迁 成 为 [ 3   s   一3   s   3 p   ] 时, 所  发 出 的光属 于 紫 外 光 区 , 看 不 到 。若 被 激 发 到更  高 能量 的原 子 轨 道 [ 3 d 4 s 4 p 4 d ] 等后 , 电子 回 落所  在 低 能量 原子 轨 道 的 方 式增 多 , 形 成 的 光 是 波 长 接 近 连续 的 光 , 也 就 是 白光 。 同时 也 说 明 燃 烧 释  放 的 能量 很 高 。氧 化 镁 的 熔 点 高 , 不 熔 化 。 镁燃  烧 产 生 的能量 放热 不 多 , 主要是 以光 的形式 释放 ,  因此 我们 就看 到 了耀 眼 的 白光 。  ( 收 稿 日期 : 2 0 1 4 - 0 5 — 2 9 )  《 教 学仪 器 与实验 》 第3 0卷 2 0 1 4年 第 1 0期 ・  3 9  ・  

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