氮气到底能不能支持燃烧
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氮气到底能不能支持燃烧
义务教育课程标准实验教课书《化学》九年级(上册)第26页
在介绍二百多年前,法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究空气的组
成后发现:空气的组成为氮气和氧气。
1774年法国的化学家拉瓦锡提出燃烧的氧化学说,否定了燃素
学说。拉瓦锡在进行铅、汞等金属的燃烧实验过程中,发现有一部
分金属变为有色的粉末,空气在钟罩内体积减小了■,剩余的空气
不能支持燃烧,动物在其中会窒息。他把剩下的■气体叫做氮气(原
文意思是不支持生命),在他证明了普利斯特里和舍勒从氧化汞分
解制备出来的气体是氧气以后,空气的组成才确定为氮气和氧气。
这对二百多年前的拉瓦锡来讲,是一个伟大的发现,但对我们今天
的人来讲,这只是空气组成发现的初级阶段。笔者这里要讨论的是
氮气能不能支持燃烧的问题。在拉瓦锡那个时代,他得出“氮气既
不能供给呼吸,也不能支持燃烧”的结论是可以理解的,因为那时
的活泼金属的单质还没有发现和制备出来,况且,氮气的拉丁文命
名的原意是“不能维持生命”,而不是“不能支持燃烧”。但是,在
课本的第29页讨论版块中又写到:
“在测定空气中氧气含量的实验中,集气瓶内剩下的气体主要
是氮气。结合实验和日常生活经验讨论:
燃烧着的红磷熄灭了,这种现象说明氮气能不能支持燃
烧?……”
那么,这时教师是把学生向能支持燃烧方面引导呢,还是向不
能支持燃烧方面引导呢?向能支持燃烧方面引导吧,与课本前面的
叙述相矛盾;向不能支持燃烧方面引导吧,又与事实不相吻合。因
为氮气能支持金属镁等活泼金属的燃烧,这在后续课程高中教材
(苏教版必修ⅰ第56页)要讨论。从本质上讲,氮气中氮元素的
化合价是0价,氮元素的化合价有+5、+4、+3、+2、+1、0、-3等,
0价的氮可以得到电子化合价降低发生还原反应,具有氧化性。所
以笔者认为:为了避免学生的误解,完全可以将此讨论题删去,由
学生自己去领悟,由后续课程去讨论。如果有学生问起,可作适当
解释。也可采用实验进行协助,进行科学讨论:
首先,我们人教版教科书上的实验内容设计了如下所示的实验:
探索实验:氮气到底能不能支持燃烧
实验器材:水槽、钟罩、燃烧匙、橡胶塞、酒精灯、火柴、胶
布、红磷
实验原理:红磷与钟罩内空气中的氧气反应,生成五氧化二磷
固体,使钟罩内剩下的气体主要为氮气(虽然仍然有其它杂质气体,
但不影响后续实验),这时钟罩内的气体压强减小,水面上升;如
果此时打开钟罩顶部钟罩口的橡皮塞,则外界空气将进入钟罩内,
从而使钟罩内的氧气浓度增大,进而影响后续实验。为了避免这种
情况的发生,我们采用了先向钟罩外的水槽内注水,使钟罩内外的
水平面一样高,从而使钟罩内外的压强基本相等,这样我们就制取
了可供后续实验使用的氮气,木条、红磷等不能在氮气中燃烧,但
镁、钠等活泼金属可在氮气中燃烧。
操作步骤:
(1)如图1所示,连接实验装置
(2)在燃烧匙内放入红磷,加热至燃烧后,伸入钟罩内,并立
即塞紧塞子,可以观察到钟罩内有大量白烟生成。待反应结束后,
白烟逐渐消失,钟罩内水面上升,钟罩外水面下降,待恢复至原来
温度后(如图2所示)向钟罩外的水槽内注水,使钟罩内外的水面
一样高。(如图3所示)
(3)打开钟罩顶部的橡皮塞,将燃着的木条伸入钟罩内,注意
观察实验现象。(燃着的木条在氮气中熄灭,说明木条在氮气中不
能燃烧)
(4)打开钟罩顶部的橡皮塞,将燃着的红磷伸入钟罩内,注意
观察实验现象。(燃着的红磷在氮气中熄灭,说明红磷在氮气中不
能燃烧)
(5)打开钟罩顶部的橡皮塞,将燃着的镁条伸入钟罩内,注意
观察实验现象。(燃着的镁条在氮气中能继续燃烧,说明氮气能支
持镁条的燃烧)
(6)打开钟罩顶部的橡皮塞,将燃着的金属钠伸入钟罩内,注
意观察实验现象。(燃着的金属钠能在氮气中继续燃烧,说明氮气
能支持金属钠的燃烧)
由此,我们可以得出结论:氮气不能支持木条、红磷等物质的
燃烧,但可以支持金属钠、金属镁等物质的燃烧,而不是氮气不能
支持燃烧的结论。
(作者单位 江苏省东台市实验中学)