一种简易粉尘爆燃演示装置

一种简易粉尘爆燃演示装置

姚爱丽 1 石英 2

北京市第十中学 北京 100072 北京市第十三中学分校 北京 100009

一、创新目的

2014年8月2日江苏昆山金属厂爆炸造成重大伤亡的新闻在我心头迟迟不能挥去，我似乎是第一次认识到金属粉末爆炸的可能性和危险性。在初中和高中阶段的学习中，金属与氧气的反应很常见，但是金属粉末在空气中燃烧和爆炸不是考点，而在现实生活中，金属制品随处可见，产生金属粉尘的行业也很多，出现金属粉尘爆炸的报道也时有发生，造成很多重大损失。究其原因是人们对金属粉尘爆炸的知识了解不够，造成自我保护意识不足。所以笔者欲制作一个能简单演示各种粉尘燃烧并爆炸的装置，通过明显的效果，给学生留下深刻印象，帮助学生认识粉尘爆炸的巨大威力，自觉增强保护意识。

人教版九年级《化学》（上册），第七单元课题1《燃烧和灭火》中的粉尘爆炸演示实验属于“暗箱操作”，操作复杂，且难以成功，过程也难以呈现；高中阶段对于金属粉末在空气中的燃烧也没有涉及，是一个教学盲点。学生通过四年的化学学习可能并不知道金属粉末会在空气中燃烧并爆炸的事实。针对上述问题，我们设计制作了新的粉尘爆燃演示装置，可以演示多种粉尘燃烧并爆炸的实验，填补了演示金属粉尘爆炸实验的空白。

万雨喆^[2]通过建模的方法综述了近些年粉尘爆炸实验的研究共分八个方面，包括容器主体、密封方式、粉尘种类、加工方式、扬尘方式、点火方式等。塑料容器易得，方便制作和观察，即使重做也不耽误时间；装置封闭的情况下，危险性较大；粉尘种类多为淀粉或面粉，需要预先干燥；扬尘方式需要借助吸耳球、打气筒、气袋；火源上建议使用酒精棉球，以免消耗过多氧气；自制点火装置一般制作复杂，且有一定的危险性。

二、实验的改进

1、实验原料：原料可以采用国家规定的七类粉尘。常见可燃物粉尘选择实验室的淀粉，无需进行预处理。选用的金属粉末是铁粉和铝粉，均为分析纯。

2、装置初步改进：装置采用废旧材料，通过简单加工，做出易操作、易观察的半封闭式实验装置，可以简单、安全地完成多种粉末燃烧爆炸演示实验。

1. 图1.实验装置

   装置改进：取2个500 mL废旧矿泉水瓶，剪下瓶上部约1/3处备用；用带导管的2个单孔橡胶塞分别塞好瓶口，一端是爆燃端，一端是吹气端，在爆燃端的内部加一小段橡皮管（目的是对准粉尘堆积处，保证吹气时粉尘充分扬起）。

2. 实验方法：将蒸发皿放在地面或桌面上，将爆燃端对准蒸发皿固定在铁架台下端（见图1）；少量粉末（干燥面粉、混有少量铁粉的铝粉——模拟金属厂金属粉尘爆炸）放在爆燃端内部；少量乙醇注入蒸发皿，电子火枪或火柴点燃乙醇，从吹气端吹气，就可以看到程度不一的爆燃场面（见图2、3）。

3、装置再改进：前面的装置开放，虽然没有爆炸声，但燃烧场面较剧烈，火焰扩散范围广，可能存在潜在的危险性；为此，进一步改进如下：用废旧的5L 矿泉水瓶，截去底部，打开瓶盖，固定在铁架台上，拢在爆然的火焰上方，缩小火焰喷射的范围，也能非常明显的看到爆然现象，且更节省药品（见图4、5）。

图4. 改进后实验装置

图5. 改进后金属粉末爆燃

三、改进后的优点

1.装置简单，材料易得，制作方便，：废旧塑料瓶顶部做主要仪器，制作简单快速（不足5分钟）；面粉爆燃实验后，装置基本无损坏，可以重复使用；金属粉末爆燃后装置损坏严重，但重新制作也非常方便快捷，且学生人人均可动手制作。

2.操作简单、安全，药品用量少：不用对药品进行任何预处理，用吹气的方式可以使粉尘充分扬起，药品用量不用太大；淀粉爆燃学生可以多次重复实验，简单易行；

3.过程可见，现象明显：所有过程清晰可见，现象明显，视觉冲击力大，完整呈现爆燃过程；还原铁粉在空气中可以燃烧，但并不剧烈；单独的铝粉在空气中不易燃烧，但加入少量铁粉混合均匀，就会看到非常剧烈的爆燃场面。再改进后很好的避免了爆燃火焰的扩散，但现象依然明显。