关于"完全燃烧和不完全燃烧"的探讨

　　摘要：文章通过实验探究，对蜡烛的完全燃烧和不完全燃烧实验进行了分析、改进和探讨。

　　关键词：完全燃烧；不完全燃烧；蜡烛燃烧；燃烧产物；实验分析；实验改进

　　文章编号：1008-0546（2015）07-0095-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

　　doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.07.035

　　课堂教学的高效化和教材教法的最优化是教师在教学过程中不懈追求的目标，也是开展高效教学工作的一个重要前提。课程标准指导我们该教会学生什么，教材就是我们教学的工具，而实验作为一种教学手段在化学课堂教学中起着无可替代的作用。如何根据不同教学内容设计“好”实验、用“好”实验并且做“好”实验是我们要不断探求的课题。现代教学理论认为，教“是学习的外部条件，为学服务”。因此，教材也就变成了学习的工具，教师教学设计的展开及对教材中实验的设计应该围绕学生主体来进行。学生怀疑什么，我们就设计什么；学生不理解什么，我们就针对什么来设计。课本实验无疑是非常重要的，沪教版化学教材中，实验占了很大的比例，我们可以利用好这些课本实验帮助理解更深层次的问题。

　　通过对初中化学课标及教材的分析，我们会发现在化学实验的系列设计中，实验内容常常会进行多次重复研究和探索。如：蜡烛实验的应用，在第一章第二节“化学研究物质的性质与变化”中用它解决了物理变化和化学变化的区别、实验现象的观察方法及物质性质学习的一般步骤；在第四章“完全燃烧和不完全燃烧”中用它解决了不同类型燃烧的现象及产物等问题。这里，笔者就沪教版教材实验中的蜡烛实验结合“完全燃烧和不完全燃烧”来谈谈个人在教学实践中的一点想法。

　　一、问题的提出

　　在学习“燃烧条件”的过程中，为了使学生充分认识燃料完全燃烧的重要性，并体会完全燃烧与不完全燃烧的区别，教材中设计了如下的学习方案：先提以问题以引起学生对燃烧现象的兴趣：在日常生活中，你也许见过这样的情景：液化气灶、煤炉等燃具都留有空气进口，且空气进口大小可以调节；学校、工厂等单位使用的锅炉要用风机鼓风。你知道其中的道理吗？再辅以演示实验帮助学生理解和推论：蜡烛不完全燃烧的实验（见教材第94页交流与讨论）。但在演示过程中遇到了种种问题，归结如下：

　　（1）蜡烛本身成分比较复杂，用这样一个复杂的物质去说明完全燃烧和不完全燃烧的现象时，所要解释的问题比较多。

　　（2）不完全燃烧的产物并不仅仅是只有一氧化碳一种，还有其它一些如炭黑、碳氢化合物等，但是演示实验包括适当补充的图片资料（如森林着火的黑烟、民居着火的滚滚浓烟等）中均未能体现出不完全燃烧产物的多样性。

　　（3）在蜡烛实验演示后，学生常将炭黑做为不完全燃烧的必然产物并书写入反应的表达式中，对一氧化碳等其它不完全燃烧产物的认识往往不够充分。

　　（4）对完全燃烧和不完全燃烧发生的条件为是否具有充足的氧气，学生常常觉得氧气充足不充足并不是一个容易判断的标准。

　　二、查阅资料

　　为了更清楚地解释蜡烛燃烧的各种问题，我查阅了大量资料，对蜡烛的成分、燃烧原理、产物情况等各方面做了一次详细的小结。结果如下：

　　（1）蜡烛的组成

　　蜡烛由石蜡和绵芯组成，石蜡的主要成分是固态烷烃类物质的混合物，其中二十二碳烷和二十八碳烷含量最高。

　　（2）蜡烛燃烧原理及相关现象

　　蜡烛燃烧时发生的主要反应是石蜡与空气中的氧气发生的氧化反应。

　　2C22H46+67O2[=][点燃]44CO2+46H2O

　　2C28H58+75O2[=][点燃]56CO2+58H2O

　　反应过程中，伴随有熔化、放热、发光等现象。由于石蜡中固态烷烃中碳的质量分数高，在空气中较难充分燃烧，故反应过程中常常有少量的黑烟生成。

　　2C22H46+23O2[=][点燃]44C+46H2O

　　2C28H58+29O2[=][点燃]56C+58H2O

　　烛焰也分三层，最内层几乎不能接触空气（氧气），没有发生燃烧，故焰心部分基本上由石蜡蒸气组成，颜色很浅，呈浅蓝色，若用短玻璃管通入焰心中，会在玻璃管的末端出现有白烟；中间部分接触空气（氧气），但接触不充分，产生不完全燃烧，有大量固体的炭粒产生，故温度不太高，但由于固体颗粒受热激发发生较明亮的可见光（即：蜡烛燃烧的光亮主要是来自没有完全燃烧的高温微炭颗粒的黑体辐射，并非是燃烧本身的能量转化，对比之下氢气、酒精、甲烷等物质的燃烧就无如此明亮的光亮出现），因此，内焰部分最明亮，呈明亮的黄色火焰；外层接触空气（氧气）充分，燃烧完全，基本不产生固体颗粒，因此火焰颜色很淡（几乎不易观察到或显较浅的橙红色），但由于燃烧充分，产生的热量多，故温度最高。这也帮助我们解释了两个常见问题：为什么蜡烛火焰温度是外焰最高、焰心最低？为什么蜡烛火焰是内焰最亮？

　　（3）蜡烛燃烧产物

　　蜡烛不完全燃烧的产物主要有：炭黑、碳氢化合物、一氧化碳等。

　　三、问题的探讨

　　对于完全燃烧与不完全燃烧，另一种说法可能更能为我们所理解：不完全燃烧时，燃料在燃烧过程中产生了还可以继续燃烧的物质。这样与蜡烛不完全燃烧的产物相结合：炭黑、碳氢化合物、一氧化碳等物质均是可以继续燃烧的。而课本上的演示实验也可以通过改进让它更加丰满一些，更能说明问题一些。

　　例如：比较蜡烛、酒精灯燃烧的完全程度：将两种含碳物质分别点燃后，用白瓷板分别压在火焰上方观察现象，发现蜡烛火焰上的白瓷板上有黑色物质出现，而酒精灯火焰上的白瓷板上无黑色物质出现，只有明显的水雾现象。 　　由以上实验可得出结论：观察不完全燃烧现象应该选用分子中碳原子数较多的可燃性物质，如石蜡等，而对于碳原子个数较少的简单有机物易完全燃烧，或不完全燃烧产物一般以CO为主，产生炭黑的可能性较小的物质应该避免选用，如酒精、甲烷等。

　　又如不完全燃烧产物研究。上面我们提出“不完全燃烧时，燃料在燃烧过程中产生了还可以继续燃烧的物质”，对于不完全燃烧产生的CO，学生对其可燃性已经有了一定的了解，但是对炭黑等物质是否具有可燃性还是报以怀疑的态度，因此，对这一点，我做了以下实验：用玻璃管通在火焰外焰上，发现玻璃管上方产生大量黑烟。用燃着的酒精灯放在管口黑烟处发现产生明黄色火焰。

　　但是火焰中还存在可燃性的石蜡蒸气，笔者认为这个实验对炭黑的可燃性的说服力不够，因此又进行了第二次实验如下：

　　用两根玻璃管分别在蜡烛火焰上灼烧至下端变黑，这个黑色物质即蜡烛不完全燃烧生成的炭黑附着在玻璃管上。将一根“变成黑色的玻璃管”用抹布轻轻擦拭，发现黑色物质可被完全擦去，且玻璃管本身无明显变化；将另一根“变黑的玻璃管”的黑色的一端在酒精灯上灼烧，发现黑色固体逐渐变得红热，并且慢慢减少，直至完全消失。由此说明炭黑也是具有可燃性的，只是其燃烧需要的条件比木炭等苛刻，且难以自行持续燃烧。

　　总之，化学实验在化学教学中的地位无可替代，我们不仅要充分利用课本实验进行知识的讲授，还要对知识进行迁移，并且，我们还可以对课本实验的设计提出挑战，设计出更能锻炼学生思维和操作能力的实验。而当学生对知识的认知出现共性的问题时，我们也不妨试试能否用实验的手段来解决。同时，高新技术的发展也将我们的实验设计带入了新的科技领域。

　　参考文献

　　[1] 范曰清.关注学生主体的初中化学教学设计优化策略[J].化学教与学，2012，（5）：5-8

　　[2] 王祖浩.义务教育课程标准实验教科书（修订本，九年级，上册）[M].上海：上海教育出版社，2010

　　[3] 顾正燕. 《对蜡烛及其燃烧的探究》的实验改进[J].教学仪器与实验（中学版），2006，（4）