燃烧与灭火的相关实验现象研究

2008年北京奥运会圣火采集时,用来充当引火之物的引子是折叠好的电影胶片,而在早期的取火仪式中,火炬中填充的是干草．现在之所以偏爱胶片,是因为胶片是以硝酸纤维素为主要成分,比干草更易燃．

知能概述

燃烧是化学变化,是可燃物与氧气发生的一种发光、发热的剧烈氧化反应,人类通过燃烧可以获得生活、生产所需要的能量．

爆炸:在有限的空间内发生急速的燃烧,短时间聚积大量的热,使气体体积迅速膨胀,就会引起爆炸．

自燃:缓慢氧化产生的热量得不到及时散失,聚积的热量达到可燃物的着火点而自发燃烧．

问题解决

例1　小明在观察课本实施“燃烧的条件”(如图A)时,对产生的大量白烟产生了疑问．于是查阅资料:

资料卡:……产物是白色固体——五氧化二磷．五氧化二磷会刺激人体呼吸道,在空气中可能与水蒸气反应,生成一种剧毒物质——HPO3(偏磷酸)．

由小明查阅的资料看,他最初的疑问可能是________________________．

分析:五氧化二碳和偏磷酸都会伤害人的身体,应对此实验进行改进．

【实验改进】小明与同学一起对课本实验进行了如下改进(如图B):去掉铜片,将足量的红磷和白磷分别放在两支大试管中,在试管口各套一个瘪气球,用线固定,然后将两支大试管同时浸在盛有热水的烧杯中．

物质燃烧通常需要与氧气接触,但也有一些物质燃烧不需要氧气,如:

例1图

【观察现象】可观察到试管中_______________,此反应的化学方程式为_________________;气球的变化是____________________________________．

【得出结论】可燃物燃烧必须具备的条件是_________________________．

【反思与评价】改进后的装置与原装置比较,其优点为_______________．

【实验创新】待发生燃烧反应的试管冷却后,小明将试管倒立在水中(试管口接近液面),捏住气球口部,小心取下气球,观察试管中的现象是______;小明进行此实验的目的是______________________________________________．

解题思路　课本“燃烧条件”的实验并非在密闭装置中进行,反应产生的大量白烟弥漫在空气中,会直接刺激人体呼吸道,并与空气中水反应生成剧毒物,故实验会对人有伤害,对环境有污染．实验改进的原则:既要能证明燃烧的条件,反应现象明显,且对环境无污染,所以实验装置要密闭．

例2　某化学兴趣小组的同学在老师的指导下,利用如图所示装置(该装置气密性良好)进行实验探究活动．

例2图

实验一:装置A处玻璃管中盛放木炭,探究可燃物燃烧的条件．

Ⅰ．打开K,通入氮气一段时间,关闭K,点燃酒精灯,观察现象;

Ⅱ．……

Ⅲ．打开K,通入氧气,观察现象;

Ⅳ．点燃酒精灯,观察现象;

……

(1)步骤Ⅱ的具体操作是__________,观察到的现象是_______________．

(2)通过步骤_______________(填序号),可以说明燃烧的条件之一是:温度达到可燃物的着火点．

(3)装置C中发生反应的化学方程式为___________．

实验二:装置A处玻璃管中盛放氧化铜,探究一氧化碳的还原性．

对反应现象的描述要准确完整．

(4)能证明一氧化碳具有还原性的现象是___________．

(5)该实验中,装置存在的不足之处是_________________．

(湖北省武汉市调考题)

解题思路　实验操作步骤是否正确对探究结果有极大的影响．

Ⅰ．先通氮气,将空气排尽,点燃酒精灯

Ⅱ．熄灭酒精灯,降至室温

Ⅲ．通氧气

Ⅳ．点燃酒精灯

对比Ⅲ,Ⅳ,燃烧条件之一即温度达到可燃物着火点的结果可得出．将题给条件条理化、表格化,可使思路清晰起来．

例3　点燃的火柴,若火柴头竖直向上,则火柴燃烧的状况是(　)．

A．火势越来越旺

B．火势先是变弱后越来越旺

C．火势越来越弱

D．火势保持不变直到火柴梗燃烧殆尽

(山东省竞赛题)

解题思路　点燃的火柴,火焰向上,火柴梗不能预热,使之达到着火点以上,故火势越来越弱,直至熄灭．

例4　森林初发火灾时,可以使用爆炸灭火的方法,将灭火弹抛到火场爆炸将火扑灭．下列关于爆炸灭火原因的分析中不合理的是(　)．

A．爆炸使燃烧处暂时缺氧

B．爆炸气浪降低了可燃物的温度

C．爆炸气浪降低了可燃物的着火点

D．炸起的沙土覆盖可燃物,隔绝空气

解题思路　灭火弹爆炸时消耗了火场周围的氧气,使燃烧物得不到氧气而熄灭;爆炸产生的气浪可带走热量,使可燃物的温度降低但不能降低可燃物的着火点;炸起的沙土覆盖可燃物,隔绝了空气．

想一想:若火柴头竖直向下燃烧,情况如何呢？

着火点是可燃物本身的属性,不会因温度降低而降低．

例5　据报道,某家庭夜间发生天然气(主要成分为CH4)泄漏后,该户主急忙开灯想查明泄漏原因,结果引起爆炸,造成人员伤亡．请写出引起爆炸的化学方程式:_____________________________________________________．如果你遇到这种情况应该做的事是_________,千万不能__________________．

解题思路　可燃物在有限的空间内急剧燃烧,使气体迅速膨胀就会发生爆炸,当可燃性气体泄露时,与空气均匀混合,可能在其爆炸极限内．任何电器开关,在打开或关闭时,都会产生电火花而引发爆炸．

例6　(双选)如图,将两支燃着的蜡烛罩上茶杯,一会儿后高的蜡烛先熄灭,低的蜡烛后熄灭,同时还观察到茶杯内壁变黑．由此我们可以得到启发:从着火燃烧的高层房间中逃离,下列方法中正确的是(　)．

A．用湿毛巾捂住鼻子

B．呈站立姿势跑出

C．沿墙角伏低身子迅速爬向门外

D．打开窗户跳出

例6图

(江西省竞赛题)

解题思路　很多人会误以为二氧化碳气体比空气重,所以低处蜡烛会先熄灭,其实,燃烧消耗氧气产生二氧化碳气体并放热,热气上升先充满茶杯的上部再由上落下;据调查,火灾现场丧生人员中烧死的是少数,多数是被燃烧产生的有毒有害的烟气窒息而死亡,热的烟气上升,因而接近地面低处相对较安全．

1．森林火灾现场救援的方法有:飞机投水、砍出隔离带、人工扑打等,其中“砍出隔离带”采用的灭火原理是(　)．

A．隔绝氧气　B．降低着火点

C．隔离可燃物　D．降低温度至着火点以下

(2019年江西省中考题)

2．在古代人类就掌握了钻木取火的方法,如右图所示．钻木头之所以能取火,可以用下面的三句话来解释:①木头内能增大,温度升高,②达到木头的着火点,使木头燃烧起来,③钻木头时克服摩擦力做功．这三句话的正确顺序是(　)．

A．①②③　B．③①②　C．②③①　D．①③②

第2题图

猜想:高低不同的两支蜡烛在容积较大的钟罩内燃烧,哪支先熄灭？

依正确顺序将操作顺序连接起来,即是“钻木取火”的原理．

3．土星是太阳系里的气态行星,约含有92．4%的H2,7．4%的He和0．2%的CH4等,平均温度为－150℃．它没燃烧成火球的原因可能有:①可燃物种类太多;②氦气含量太高;③没有适宜的温度;④没有支持燃烧的氧气．其中分析正确的一项是(　)．

A．①②　B．①③　C．②④　D．③④

(2019年山西省中考题)

4．用如图装置进行实验．升温至60℃的过程中,仅①燃烧;继续升温至260℃的过程中,仅③燃烧．下列分析不正确的是(　)．

A．①燃烧,说明白磷是可燃物

B．对比①③,可说明红磷的着火点比白磷的高

C．对比②③,可验证燃烧需可燃物与氧气接触

D．④未燃烧,说明无烟煤不是可燃物

第4题图

(2019年北京市中考题)

5．下列熄灭蜡烛的方法,其对应原理错误的是(　)．

A．扇灭——隔绝氧气

B．剪掉烛芯——隔离可燃物

C．湿抹布盖灭——隔绝氧气

D．水浇灭——降低温度至着火点以下

(2019年四川省成都市中考题)

6．铁丝在空气中灼热发红,但不能燃烧,而在纯氧中却能燃烧,这一事实与下列的哪一因素关系最密切(　)．

A．铁丝的表面积　B．燃烧区的温度

C．氧气的浓度　D．铁的着火点

(山东省竞赛题)(www.xing528.com)

7．下列各组物质分别在空气中充分燃烧,得到的产物相同的是(　)．

A．H2和CO　B．CH4和CO

C．H2和C　D．C2H5OH和CH4

(河南省竞赛题)

8．2019年5月12日是我国第11个“防灾减灾日”,了解防灾减灾的相关知识,有利于保护人们的生命、财产安全．下列关于火灾、灭火与逃生的说法错误的是(　)．

A．严禁携带易燃、易爆物品乘坐火车

B．遭遇火灾,如果火势较大,立即拨打119电话报警

C．生活中常用水来灭火,其原理是降低可燃物的着火点

D．从火场中逃生时,应有序撤离着火区域

(2019年湖南省长沙市中考题)

对比实验一定要控制变量．

9．下面是探究燃烧条件的实验:将甲、乙、丙三支试管内分别注入同体积不同温度的水,分别放入相同质量的白磷,然后再向甲、丙两支试管分别通入氧气,发现只有丙试管中的白磷能够燃烧,如图所示．下列关于该实验的说法有错误的是(　)．

A．甲与丙对照说明燃烧至少必须具备一定的温度

B．乙与丙对照说明燃烧至少必须满足跟氧气接触

C．该实验不是采用控制变量的研究方法

D．从该实验得到启发:白磷可以保存在冷水中

第9题图

10．懂得一些燃烧与爆炸的基本常识可以避免一些危险事故的发生．下列图标与燃烧和爆炸无关的是(　)．

第10题图

(广东省竞赛题)

11．用如图所示装置探究可燃物的燃烧条件．实验过程如下:①将白磷放在燃烧匙内,塞好胶塞;②从长颈漏斗向瓶内迅速注入60℃的水至刚刚浸没白磷;③连接好注射器,向瓶内推入空气,瓶内水面下降,当白磷露出水面时立即燃烧,停止推入空气;④白磷熄灭后,瓶内水面上升,最后淹没白磷．请回答下列问题:

(1)白磷燃烧的化学方程式为_____________________．

(2)对比③中白磷露出水面前、后的现象,说明燃烧需要的条件是____________________________．

(3)④中瓶内水面上升的原因是__________________________．

第11题图

(河北省中考题)

12．如图所示为粉尘爆炸的实验装置．用打气筒向容器内打气,吹散面粉,瞬间发生爆炸,软橡胶片被冲飞,蜡烛熄灭．

(1)吹散面粉的目的是增大______________________的接触面积．

(2)软橡胶片被冲飞时内能转化为_________________．

(3)蜡烛熄灭的原因是________________________________________________．

第12题图

(2019年河北省中考题)

该反应在密闭装置中进行,则杜绝污染,实验数据更准确．

13．钠是一种非常活泼的金属,它可以和冷水直接反应生成氢气,但是它与煤油不会发生反应．把一小块银白色的金属钠投入到盛有蒸馏水的烧杯中,如图A所示,可以看到钠块浮在水面上,与水发生剧烈反应,反应放出的热量使钠熔成小球,甚至会使钠和生成的氢气都发生燃烧．

第13题图

如果在上述盛有蒸馏水的烧杯中先注入一些煤油,再投入金属钠,可以看到金属钠悬浮在煤油和水的界面上,如图B所示,同样与水发生剧烈的反应,但不发生燃烧．

(1)在第一个实验中,钠浮在水面上,在第二个实验中,钠悬浮在煤油和水的界面上,这两个现象说明了:_____________________________;

(2)在第二个实验中,钠也与水发生反应,但不发生燃烧,这是因为____________________________________________________________________．

(天津市竞赛题)

14．某兴趣小组在对“可燃物燃烧的条件”的对比研究中,认为当多个条件对实验有影响时,研究某个条件对实验的影响,必须要控制其他的条件不改变．基于以上考虑,该兴趣小组重新设计了该实验,请将实验报告补充完整．

【实验目的】可燃物燃烧条件的探究．

【实验用品】白磷、红磷、烧杯、酒精灯、铁架台、石棉网、导管等．

【实验内容】

【实验思考】

(1)要使燃烧反应停止,达到灭火的目的,办法就是___________________．

(2)一位同学对实验①的操作提出了质疑:当酒精灯内的酒精用到剩余约1/4时,就应该及时添加酒精,否则就会不安全．原因是_______________________________________________________________________．

15．燃烧是人类获取能量的重要方法．

(1)通常情况下,除了具有可燃性外,物质燃烧还需要哪些条件?

(2)资料显示:①

据此你对燃烧条件有什么新的认识?

(2019年海南省中考题)

16．为了便于储存、运输和使用,通常把气体加压储存在钢瓶中．

(1)储存和运输氧气钢瓶时,严禁与易燃气体钢瓶混合存放,以防气体泄漏发生猛烈爆炸事故．分析混合存放可能发生爆炸的原因．

在高中阶段的学习中,我们还会认识到很多物质在燃烧时并不需要氧气．

(2)使用氧气钢瓶时,若氧气钢瓶的瓶嘴上沾有油污,打开减压阀,高压氧气喷出后油污会自燃．解释油污自燃的原因．

(辽宁省大连市中考题)

(3)在氧气中点燃红磷的实验过程,固体变化如图所示．

①从燃烧条件分析,固体质量在t1前没有发生变化的原因是___________．

②该反应的化学方程式为___________．

③参加反应的氧气质量为______g．

第16题图

(福建省福州市中考题)

17．过氧化钠(Na2O2)是一种淡黄色固体．某次科技活动中,某化学兴趣小组的同学将包有Na2O2固体的棉花放入右图烧杯中,缓慢倒入CO2后发现处于下位的蜡烛先熄灭,上位的后熄灭,同时惊奇地发现棉花燃烧起来．

Ⅰ．实验过程中“下位的蜡烛先熄灭,上位的蜡烛后熄灭”的现象说明二氧化碳具有_________的性质．

第17题图1

Ⅱ．棉花为什么会燃烧呢?小组同学联想起物质燃烧的相关知识,推理出棉花要燃烧,除了满足“棉花是可燃物”这一条件,还另需满足的条件是:__________________________________________________________．

【提出问题】在实验中是如何给棉花燃烧提供上述条件的呢?

【查阅资料】在常温下Na2O2和CO2能发生化学反应．

【设计实验】经过讨论后,小组同学设计了如图2的实验进行探究．

第17题图2

【实验步骤】(1)按图装配好装置,并检查其气密性;

(2)把相关的试剂放入对应的仪器内;

(3)推动注射器的活塞,把稀盐酸注入锥形瓶内,并固定活塞位置;

(4)一段时间后,在a处放置一根带火星的小木条,观察现象．

【实验现象】(1)干燥管中没有出现蓝色;

(2)带火星的小木条复燃;

(3)饱和的澄清石灰水变浑浊．

温度升高,Ca(OH)2在水中的溶解度会变小．

【实验分析】(1)D装置的烧杯内变浑浊的原因是:______________;

(2)B装置的作用是___________________________________________;

C装置的作用是______________________________________________．

【实验结论】(1)“小木条复燃”说明Na2O2和CO2反应产生了____;

(2)“饱和的澄清石灰水变浑浊”说明Na2O2和CO2反应_________(填“吸收”或“放出”)热量,使棉花满足了燃烧条件．

(湖北省竞赛题)

例1　产生的白烟弥漫在空气中是否对人体有害(类似的合理推测均可)　【观察现象】白磷燃烧,产生大量白烟先膨胀后慢慢缩小,最后倒吸入试管中　【得出结论】达到燃烧所需的最低温度(或温度达到可燃物的着火点)、与氧气(或空气)接触　【反思与评价】防止白烟逸散到空气中(或反应在密闭体系中进行,防止危害人体健康或防止空气污染等)(合理答案均可)　【实验创新】试管内水面上升至约距试管口1/5处　测定空气中氧气的含量　例2　(1)熄灭酒精灯,待玻璃管冷却至室温装置C中石灰水进入装置B中　(2)Ⅲ,Ⅳ　(3)　(4)玻璃管内固体由黑色变为红色,装置C中澄清石灰水变浑浊　(5)没有尾气处理装置　例3　C　例4　C例5关闭气阀,开门窗通风　开电器开关　例6　AC

1．C　2．B　3．D　4．D　5．A　6．C　7．D　8．C　9．C　10．D　11．(1)4P＋　(2)氧气(或空气)　(3)瓶内气体压强减小

12．(1)面粉与空气　(2)机械能　(3)氧气不足

13．(1)钠的密度大于煤油的密度,小于水的密度　(2)钠不与空气接触,缺乏燃烧条件

14．【实验内容】①燃烧需要可燃物　②燃烧需要氧气　③燃烧需要温度达到着火点

【实验思考】(1)破坏燃烧的条件　(2)酒精灯内挥发的酒精与空气组成的混合气体遇火会爆炸

15．(1)与氧气接触,温度达到着火点．　(2)燃烧不一定需要氧气．

16．(1)可燃性气体与氧气充分混合,达到可燃性气体的爆炸极限,遇明火就会发生爆炸．　(2)温度达到油污的着火点,并与氧气接触．　(3)①温度未达到红磷的着火点　②　③8．0

17．Ⅰ．比空气重,不可燃且不支持燃烧　Ⅱ．助燃物(或“氧气”或“空气”)和达到燃烧所需的最低温度(或“着火点”)　【实验分析】(1)Na2O2与水反应放出热量,使氢氧化钙的溶解度减小,而析出沉淀　(2)除去CO2中混有的水蒸气(或“干燥”)　检验水蒸气是否除尽　【实验结论】(1)氧气(或“O2”)　(2)放出