導(dǎo)語(yǔ)：趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)“點(diǎn)火成蛇”研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:通過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)“點(diǎn)火成蛇”，可以不用催化劑，直接點(diǎn)燃蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，就可以得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。以前所說(shuō)的“催化劑”，實(shí)際上只起了一個(gè)吸附酒精集中加熱反應(yīng)物的作用，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，而對(duì)化學(xué)反應(yīng)并沒(méi)有“催化”作用。建議普通實(shí)驗(yàn)室用沙子或細(xì)黃土在鐵架臺(tái)底座上進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞:蔗糖;趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn);催化劑

1問(wèn)題的提出

趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)“點(diǎn)火成蛇”也稱為“燃糖成蛇”［1］、“燒糖成蛇”［2］或“引蛇出洞”［3－4］，因使用藥品少、操作簡(jiǎn)單、成功率高，深受化學(xué)教育工作者和學(xué)生喜愛(ài)，是各類(lèi)化學(xué)教材最常選用的趣味實(shí)驗(yàn)之一［5－6］，如有些學(xué)校開(kāi)設(shè)的化學(xué)類(lèi)選修課列入了本實(shí)驗(yàn)［7－9］。實(shí)驗(yàn)步驟是，用煙灰做催化劑［10］，先用火引燃蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，碳酸氫鈉受熱分解放出二氧化碳?xì)怏w，蔗糖形成黏性物質(zhì)，伴隨著不易逸出的二氧化碳?xì)怏w，生成疏松彎曲的蛇狀物［11］。具體的實(shí)驗(yàn)步驟如下：第1步：將3～4藥勺煙灰鋪在石棉網(wǎng)中間，用藥勺將它攤開(kāi)呈淺“盤(pán)子”狀。第2步：稱取2g蔗糖，放在研缽內(nèi)研細(xì)，再加入0．25g碳酸氫鈉，混合均勻。取出大約0．5g混合物，堆在淺“盤(pán)子”中間，盡量堆得高一些，頂部呈尖角狀。第3步：在混合物周?chē)臒熁疑系渭?滴管酒精，在無(wú)風(fēng)處點(diǎn)火引燃酒精，并注意觀察。片刻后，錐狀物尖端上有疏松、彎曲的黑色蛇狀物慢慢伸出，并不斷伸長(zhǎng)。主要的化學(xué)方程式如下：C12H22O11＋12O211H2O＋12CO2↑2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑反應(yīng)原理是，蔗糖受熱發(fā)生燃燒、熔化、氧化、炭化等一系列化學(xué)反應(yīng)，蔗糖氧化和碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳在熔化變黏稠的蔗糖內(nèi)部不易逸出，隨著二氧化碳生成量的增多，頂著黏稠變軟的蔗糖不斷向外生長(zhǎng)，形成“蛇”的形狀。在長(zhǎng)期的實(shí)踐中我們覺(jué)得該實(shí)驗(yàn)有2個(gè)問(wèn)題要解決，（1）“是否必須加催化劑才能反應(yīng)”，（2）“如何將蔗糖和碳酸氫鈉的混合物堆成錐形”。

2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了探究上述問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了3個(gè)實(shí)驗(yàn)。［實(shí)驗(yàn)1］取一張新的石棉網(wǎng)，不加“催化劑”，在石棉網(wǎng)中間堆上蔗糖和碳酸氫鈉的干燥混合物粉末，盡量堆成圓錐體形。在混合物周?chē)渭?滴管酒精，用火柴點(diǎn)燃，可以看到，先是酒精燃燒，然后引燃混合物，從混合物的頂部開(kāi)始，出現(xiàn)黑色的蛇狀物，并不斷伸長(zhǎng)，見(jiàn)圖1。［實(shí)驗(yàn)2］取一藥勺已經(jīng)研細(xì)混合均勻的混合物，用酒精濕潤(rùn)（為了便于堆成圓錐體形又不影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象），后用手捏成比較尖的錐體形狀，輕輕置于石棉網(wǎng)上，不加“催化劑”。在石棉網(wǎng)中間的圓錐體混合物周?chē)渭?滴管酒精，點(diǎn)燃，即可生成蛇狀物。見(jiàn)圖2。［實(shí)驗(yàn)3］取一張石棉網(wǎng)，不加任何“催化劑”，將一粒葡萄糖酸鈣片分成4等份，取其中一份豎直放在新的石棉網(wǎng)上，周?chē)渭?滴管酒精，引燃，可以看到仍然能生成蛇狀物，見(jiàn)圖3。

3結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)1沒(méi)有用“催化劑”，混合物沒(méi)有濕潤(rùn)，不易堆成較尖的錐體形，能生成蛇狀物，比較短。實(shí)驗(yàn)2沒(méi)有用“催化劑”，混合物用適量的酒精濕潤(rùn)，容易堆成較尖的錐體形，形成的蛇狀物稍長(zhǎng)一些，效果較好。實(shí)驗(yàn)3沒(méi)有用任何“催化劑”，加酒精后直接點(diǎn)燃，也容易生成蛇狀物（色白），但比較短，蛇狀物容易斷裂成幾段。上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)中，由于酒精向反應(yīng)物周?chē)鷶U(kuò)散，加熱點(diǎn)不集中，導(dǎo)致反應(yīng)物后期受熱溫度不夠，混合物不能完全熔化，燃燒不夠充分，蛇狀物底部有一部分固體不能反應(yīng)，需要多加幾次酒精才能反應(yīng)徹底。分析3個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以得出如下結(jié)論。（1）點(diǎn)火成蛇的實(shí)驗(yàn)并不需要催化劑。按照有關(guān)資料，本實(shí)驗(yàn)必須有催化劑才能反應(yīng)，如認(rèn)為“蔗糖不易燃燒，而促使其燃燒的關(guān)鍵是采用合適的催化劑”［2］。所用的催化劑一般有草木灰、香煙灰、金屬氧化物、活性炭、石墨粉和碳酸鎂等等［1］。根據(jù)催化劑的定義：如果把某種物質(zhì)（可以是一種到幾種）加到化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中，可以改變反應(yīng)的速率而本身在反應(yīng)前后沒(méi)有數(shù)量上的變化，同時(shí)也沒(méi)有化學(xué)性質(zhì)的改變，則這種物質(zhì)稱為催化劑，這種作用稱為催化作用。能加快反應(yīng)速率的稱為正催化劑，能減慢反應(yīng)速率的稱為負(fù)催化劑或阻化劑。一般不特別說(shuō)明，催化劑都是指正催化劑。催化劑能改變反應(yīng)速率，是由于催化劑在反應(yīng)過(guò)程中參與了反應(yīng)，改變了反應(yīng)歷程，顯著降低了反應(yīng)活化能?？梢?jiàn)，催化劑必須與反應(yīng)物充分接觸，才能參加到化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中，才能起催化作用［12］。仔細(xì)觀察點(diǎn)火成蛇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，不管采用哪一種“催化劑”，總是先從混合物的頂端開(kāi)始出現(xiàn)蛇狀物，此時(shí)并沒(méi)有“催化劑”參與化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，與“催化劑”接觸的底部反應(yīng)物沒(méi)有動(dòng)靜；實(shí)驗(yàn)的中間階段也沒(méi)有觀察到“催化劑”與反應(yīng)物接觸部分有反應(yīng)，只有混合物錐體的中部仍然有蛇狀物繼續(xù)生成；實(shí)驗(yàn)的最后階段，也只是混合物中心部位的蔗糖繼續(xù)燃燒，而不是只有與“催化劑”接觸邊緣部分的混合物反應(yīng)，即這些“催化劑”絕大多數(shù)均沒(méi)有與反應(yīng)混合物完全接觸，沒(méi)有全部進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中，與“催化劑”接觸部分沒(méi)有觀察到加快反應(yīng)速率的跡象，談不上催化作用?？梢?jiàn)，“點(diǎn)火成蛇”的實(shí)驗(yàn)并不需要催化劑來(lái)加快反應(yīng)。（2）“催化劑”只起吸附酒精的作用。黃敏、丁偉的研究認(rèn)為，“燃糖成‘蛇’”實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在催化劑的表面上，催化劑的催化效果與其顆粒大小有關(guān)，顆粒越小，其比表面積越大，活性越高，對(duì)燃糖成“蛇”實(shí)驗(yàn)的催化效果越好，結(jié)論是“活性炭、石墨粉和碳酸鎂的催化效果相對(duì)較好”［1］。葉燕珠等人的研究認(rèn)為，氧化銅、氧化鈣、二氧化錳、氧化鎂、氧化鐵、四氧化三鐵、氧化鉛等金屬氧化物能促使蔗糖燃燒，是其中的一些金屬氧化物在起催化劑作用［13］。其實(shí)，這不是“催化劑”的催化結(jié)果，而是活性炭、石墨粉和碳酸鎂的顆粒細(xì)，表面積大，吸附酒精的能力強(qiáng)，能維持混合物周?chē)掷m(xù)處于較高的反應(yīng)溫度狀態(tài)，使反應(yīng)更徹底，產(chǎn)生的“蛇”更長(zhǎng)。所以，我們認(rèn)為，所謂“催化劑”只起了一個(gè)作用：吸附足量的酒精，維持酒精集中在蔗糖混合物周?chē)腥紵?，減少擴(kuò)散和浪費(fèi)，使反應(yīng)進(jìn)行得比較徹底。各類(lèi)實(shí)驗(yàn)教材上介紹的所謂催化劑，如煙灰、活性炭等，并沒(méi)有與所有的混合物都充分接觸，而催化劑不與反應(yīng)物接觸是談不到催化作用的。（3）實(shí)驗(yàn)前，用酒精濕潤(rùn)混合物，可以方便地將混合物堆成比較尖的圓錐體的形狀，有利于生成細(xì)而長(zhǎng)的蛇狀物。根據(jù)前面的分析，煙灰、活性炭等不是本實(shí)驗(yàn)的“催化劑”，那么石棉網(wǎng)是否起了催化劑的作用？實(shí)驗(yàn)中是否可以不用石棉網(wǎng)？仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程可以發(fā)現(xiàn)，石棉網(wǎng)具有一定的吸附酒精的能力，有助于反應(yīng)的進(jìn)行，但是有研究表明，石棉網(wǎng)在受熱時(shí)能釋放出納米尺寸的細(xì)小纖維到空氣中，會(huì)對(duì)師生健康造成傷害［14］，為了安全環(huán)保，設(shè)計(jì)了不用石棉網(wǎng)，改在鐵架臺(tái)的底座上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5。［實(shí)驗(yàn)4］將細(xì)沙過(guò)80目篩子，棄去粗大的沙粒保留細(xì)沙。用水反復(fù)淘洗細(xì)沙，待水澄清、沙子干凈后在干凈的地面上攤開(kāi)，晾干。收集裝瓶，備用。將上述晾干的細(xì)沙在鐵架臺(tái)的底座上鋪成直徑為2cm的小盤(pán)子狀，中間低、周?chē)?。沙子中間加入1滴管純酒精。取大約0．5g蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，滴幾滴酒精潤(rùn)濕，用手捏成比較尖的錐體形狀，輕輕置于盤(pán)子的中央。用火柴點(diǎn)燃酒精，很快生成蛇狀物，見(jiàn)圖4。沙子可以回收并反復(fù)使用。［實(shí)驗(yàn)5］取一個(gè)鐵架臺(tái)，在底座上用研細(xì)的黃土鋪一個(gè)直徑約2cm的淺盤(pán)子形狀，周?chē)?、中間低，在中心位置滴加1滴管純酒精；用藥勺取大約0．5g提前研細(xì)混勻的蔗糖和碳酸氫鈉混合物粉末，加幾滴純酒精（98％）潤(rùn)濕，立即用手指捏成比較尖的錐體形，下面大、上面小，小心豎直放置在鐵架臺(tái)底座上的“淺盤(pán)子”中間；迅速用火柴點(diǎn)燃酒精。很快混合物從頂端開(kāi)始生成蛇狀物，待火焰熄滅后，在反應(yīng)物周?chē)傺a(bǔ)加2～3滴酒精，點(diǎn)燃，蛇狀物會(huì)長(zhǎng)得更長(zhǎng)，見(jiàn)圖5。細(xì)黃土可以回收并反復(fù)使用。實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5的結(jié)果證明，不用石棉網(wǎng)，完全可以獲得理想的實(shí)驗(yàn)效果，所以，石棉網(wǎng)也不是本實(shí)驗(yàn)的催化劑?？紤]石棉網(wǎng)有毒性，本實(shí)驗(yàn)放棄使用石棉網(wǎng)，改為置于鐵架臺(tái)底座上進(jìn)行。那么，“點(diǎn)火成蛇”的趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用哪一種材料吸附酒精最好？主要考慮材料對(duì)酒精的吸附力、價(jià)格、綠色環(huán)保等因素。實(shí)驗(yàn)室不易找到草木灰、香煙灰等材料，用香煙灰做實(shí)驗(yàn)也不利于對(duì)學(xué)生“戒煙”的宣傳，一般的實(shí)驗(yàn)室里收集沙子和黃土比較方便，建議用沙子和細(xì)黃土做吸附劑完成本實(shí)驗(yàn)，即推廣實(shí)驗(yàn)4和實(shí)驗(yàn)5的方案。

4結(jié)論

（1）點(diǎn)火成蛇的實(shí)驗(yàn)并不需要“催化劑”，也可以不用石棉網(wǎng)。只要比表面積大、吸附酒精的能力較強(qiáng)、方便收集的材料，均可以用于本實(shí)驗(yàn)。（2）用酒精濕潤(rùn)混合物，可以方便地將混合物堆成比較尖的圓錐體的形狀，有利于生成細(xì)而長(zhǎng)的蛇狀物。（3）普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室或農(nóng)村中小學(xué)，可以用河里的沙子或普通的細(xì)黃土完成本實(shí)驗(yàn)。（4）由于石棉網(wǎng)中的石棉有毒性，可以引起石棉肺、胸膜間皮瘤等疾病，一些國(guó)家已經(jīng)禁止使用，所以，點(diǎn)火成蛇的實(shí)驗(yàn)在鐵架臺(tái)底座上做，更加環(huán)保，有利于實(shí)驗(yàn)者的健康。

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作者:王都留 燕翔 張少飛 楊建東 單位:隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校農(nóng)林技術(shù)學(xué)院