对铁丝在氧气中燃烧实验的探究

对铁丝在氧气中燃烧实验的探究

李严张雯

（中华中学江苏南京210006）

铁丝在纯净的氧气中能够燃烧而在空气中不能燃烧，所以做铁丝在氧气中燃烧实验失败时常有人把原因归咎于氧气浓度较低。针对这一现象，我们就铁丝在多大浓度的氧气中才能被引燃这一问题，做了以下探究。

一、实验仪器及用品

仪器：锥形瓶、分液漏斗、大针筒（规格为60m L，注满水，塞上塞子，用量筒测量其实际体积为71m L）、球形贮液漏斗、酒精灯、铁架台。

用品：5%过氧化氢溶液、二氧化锰、铁丝（直径分别为0.20mm细铁丝和0.50mm粗铁丝）、砂纸、火柴、红色墨水、生料带。

二、实验装置设计

实验装置如图1所示，分为氧气的制取和氧气浓度设定两个部分，说明如下：

(1) 氧气制取部分由锥形瓶、双孔塞和分液漏斗组成，可通过控制过氧化氢滴加的速度来获得稳定的氧气流。

(2) 氧气浓度设定部分由铁架台、球形贮液漏斗、大针筒和单孔塞组成，实验时通过球形贮液漏斗的上下移动，使针筒内的水达到所需体积，进而确定气体收集完毕后针筒内氧气浓度。这种气体浓度的设定方法特点在于针筒内水的体积可任意设定，读数方便；排到球形容器内的水可不限次数重复使用，操作便捷。

图1 实验装置

三、实验步骤

1. 平稳氧气流制备。按图1所示连接氧气制取装置，在锥形瓶中加入一小勺二氧化锰，分液漏斗中放入5%过氧化氢溶液，使过氧化氢溶液逐滴流下，等到装置内空气排尽后，便可以得到稳定的氧气流。

2. 氧气浓度设定。连接氧气浓度设定装置，调节铁夹和铁圈高度，使球形

贮液漏斗放在铁圈上时，针筒内水面刚好达到10m L 刻度处（在针筒下端口缠一些生料带后再套上乳胶管，可有效解决此处漏水问题；可在水中滴加几滴红色墨水，更便于观察液面高度）。

3. 氧气收集和铁丝燃烧。把球形贮液漏斗提到适当高度，使针筒内水面达到60m L 刻度处，塞紧针筒上的塞子收集氧气，当针筒内水减少到10m L 时立即把塞子打开（保留10m L 水是为了防止铁丝燃烧时炸裂针筒），插入火柴将要燃尽的螺旋状铁丝，观察并记录铁丝燃烧现象；以10m L 水量依次减少针筒内水的体积，重复上述实验（注意：每次收集氧气前要排尽上一次实验残留在针筒内的气体），实验结果如表1所示。

表1 针筒内水的体积对铁丝燃烧的影响

水的体积（m L ） 60 50 40 30 20

细铁丝（0.20mm ）

剧烈燃烧 剧烈燃烧 剧烈燃烧 稍有燃烧 不燃烧

粗铁丝（0.50mm ）

剧烈燃烧 稍有燃烧 不燃烧 不燃烧 不燃烧

四、实验结果分析

针筒内所收集气体中氧气的浓度可用下式表示：

2()10mL [71mL ()]21%()=100%71mL 10mL

V V O ϕ-+-⨯⨯-水水 其中2()O ϕ表示氧气浓度；()V 水表示水的体积（单位毫升）；10m L 是指氧气收集好以后针筒内保留的水的体积；71m L 是指针筒注满水，塞上塞子后水的实际体积。

依据表1和2()O ϕ的计算公式，针筒内氧气浓度对铁丝燃烧的影响如表2所示。

表2 针筒内氧气浓度对铁丝燃烧的影响 氧气浓度

（体积分数）

86% 73% 60% 47% 34%

细铁丝（0.20mm ）

剧烈燃烧 剧烈燃烧 剧烈燃烧 稍有燃烧 不燃烧

粗铁丝 （0.50mm ）

剧烈燃烧 稍有燃烧 不燃烧 不燃烧 不燃烧

由此可见，氧气浓度和铁丝粗细都会影响铁丝的燃烧，粗铁丝（0.50mm ）在氧气浓度达到86%以上时发生剧烈燃烧，低于60%时就无法引燃；而细铁丝（0.20mm ）在60%的氧气中能剧烈燃烧，低于34%时不会燃烧。