探究实验设计之粉尘爆炸实验

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探究实验设计之粉尘爆炸实验

山西 刘福明

1． 化学反应原理 干燥的粉尘遇明火会燃烧，粉尘和空气充分接触时在有限的空间内剧烈燃烧会发生爆炸。 2． 实验仪器：金属罐、小塑料瓶、导管、气囊、胶卷盒（或小塑料瓶）、2 L大塑料饮料瓶、橡皮塞、坩埚钳、铁丝等 实验药品：面粉、蜡烛、脱脂棉、酒精等 3． 探究方案 方案①：剪去空金属罐和小塑料瓶的上部，并在金属罐和小塑料瓶的底侧各打一个比橡皮管外径略小的小孔。连接好装置，在小塑料瓶中放入面粉，点燃蜡烛，用塑料盖盖住罐（如图1所示）。从橡皮管一端鼓入大量的空气（人距离该装置远一些），使面粉充满金属罐，面粉在有限的空间里剧烈燃烧而发生爆炸。 方案②：在饮料瓶的底部打一个孔，孔的大小能插入一根导管，导管的另一端和气囊相连；在瓶壁上打一个较大的孔，孔的大小与橡胶塞一致。在橡皮塞的正中打一个小孔，将一根细铁丝对折绞合在一起后，穿过橡胶塞，在铁丝的前端绞入脱脂棉。将胶卷盒去盖后倒扣在瓶口上，实验器就制作完成了。实验时取适量干燥的面粉于大塑料饮料瓶中，并将胶卷盒倒扣在饮料瓶瓶口上；将带气囊的橡皮管出气口对准瓶中的面粉，并插进粉尘中；拨出橡胶塞，将棉球浸上酒精，点燃酒精棉球并迅速塞进饮料瓶中（如图2所示），同时快速按压气囊从橡皮管一端鼓入空气，使饮料瓶中的面粉扬起充满饮料瓶，面粉在饮料瓶中剧烈燃烧而引起爆炸，胶卷盒被高高掀起。 4． 探究评价 方案①的成功率不高，鼓入空气的速度很难控制。鼓入空气的速度太快有可能将烛火吹灭，扬起的粉尘也太多，可能将烛火扑灭；鼓入空气的速度太慢扬起的粉尘不够，无法剧烈燃烧而爆炸。 方案②实验装置简单，容易制作，材料随手可得，具有实用性、普及性；透明度大、直观性强，实验现象更为明显，不仅能观察到爆炸现象，更能让我们清楚地观察到粉尘的燃烧现象；实验成功率高。 5． 创新思维 由于方案①中采用鼓气扬尘实验的成功率低，将鼓气扬尘变成敲击落尘，操作简单，易于掌握。为了防止蜡烛在罐体振动时翻倒，用中心挖洞的泡沫塑料板固定蜡烛，取一只带盖且密封性良好的金属罐（如奶粉罐），将一个纱布袋绑在罐盖下方，要求留一个口便于添加面粉。把3～4药匙的面粉装入纱布袋中，用坩埚钳夹住燃烧的火柴点燃蜡烛，待烛火燃得较旺时盖上塑料盖，然后用木棒敲击罐盖。如图3。 改进后的实验不仅成功率很高，而且除了听到“嘣”的爆破声，看到罐盖被高高掀起，还可以看到火光冲出罐体，直接感受面粉粉尘的燃烧。 在上述实验方案中，也可采用先将面粉吸进导管内（捏瘪洗耳球，将导管的另一端放入盛有淀粉的袋中，松开捏洗耳球的手指，把面粉吸入导管内），然后再吹散的做法，改进后使面粉能最大限度的被吹散，燃烧剧烈、火焰长，利于观察，并且提高了爆炸的成功率高，同时面粉用量少，减少了爆炸后到处飞扬的粉尘。