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摘要：利用日常生活中常见的物品对粉尘爆炸实验进行了改进。改进后的实验装置各配件安装简便，操作方便，现象明显，安全可靠，经济环保，成功率高。既适合教师课堂演示，也适合学生自己动手制作实验装置和进行实验。
关键词：粉尘爆炸；爆炸极限范围；实验改进；安全教育
文章编号：1005-6629（2016）2-0067-03
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1 问题的提出
粉尘爆炸实验是中学化学的一个重要实验，成功完成该实验，会极大地激发学生学习化学的兴趣，对爆炸原理的认识也更加深刻，有利于培养学生安全意识。然而，不少化学教师反映按照教材中要求的装置（见图1）及做法，实验难以获得成功。原因是教材中的实验装置有3点不足：一是所用器材因为是金属罐不透明，学生无法观察到粉尘燃烧及发生爆炸的过程；二是实验成功率不高；三是教材中装置制作较难，所用材料不容易找到。基于上述情况，近年来有不少化学教师对该实验进行了改进，主要集中在以下几个方面：（1）粉尘改进：由于面粉易吸水潮湿且颗粒较大而不易点燃，因而有些老师把面粉放在锅中炒，或烘烤，或放在微波炉里进行加热使其干燥。（2）火源改进：有些老师把蜡烛引燃改为用低压电源的电热点火器点火，或在220 V电压下使铜丝因过重电荷产生电火花点火。这些改进效果虽较好，但制作过程复杂、操作不便，还存在安全隐患，更不适合学生动手进行实验。（3）反应器仍用金属罐：金属罐存在—定的不安全因素，且不易观察容器内实验现象，制作也较复杂。（4）反应器材料改进：将金属罐改为各种硬质塑料瓶或塑料桶。这些改进虽能增加视觉效果，但有些容器反应空间太小，且制作过程十分麻烦，不利于学生自己动手制作。
粉尘只有悬浮在空气中并分布得相当均匀，达到一定浓度时才会爆炸。颗粒越细的粉尘密度越小，越容易悬浮在空气中，并易与空气混合得均匀。颗粒大于400微米的粉尘则较不易悬浮在空气中，也不易与空气混合得均匀，即使用强点火源也不太可能爆炸。依据粉尘爆炸的原理与条件，结合近些年来粉尘爆炸实验改进的经验，粉尘爆炸实验应满足以下要求：（1）用食用油壶做反应器。用透明塑料壶代替金属罐做反应器，不仅避免了实验危险性，而且可以方便地看到随着轻轻吹气，粉尘向上移动的情况、蜡烛燃烧情况及粉尘燃爆情况，也可以进一步加深学生对粉尘爆炸原理的认识，理解面粉厂、淀粉厂要避免明火和火星的缘由。（2）反应器应足够大并有良好的密封性。反应中产生大量的热是实验成功的必要条件，反应器的气密性是实验成功的关键。为了保证实验中能产生大量的热，需要反应器在盖好盖子后，蜡烛仍可以继续燃烧。因此，选用较大容积的容器（4～5L的食用油壶）做反应器，既保证了实验成功率，又防止了容器中大量的热不会把反应器熔化。（3）用食用淀粉做粉尘。食用淀粉颗粒直径比面粉小，更容易燃爆。（4）用漏斗形容器替代桶形容器盛放粉尘，并向上鼓气，便于粉尘沿漏斗壁向上成雾状运动，利于粉尘与空气混合均匀。（漏斗颈内放置一个合适的铁钉，吹气时由于铁钉在漏斗颈内不断上下、左右振动，可以保证气体不断从铁钉帽四周向燃着的蜡烛吹起大量雾状的粉尘，确保该实验成功）。（5）用嘴吹气比洗耳球和气唧给粉尘鼓气更易控制气流大小。
2 实验过程
2.1 实验用品
仪器：三脚架（或两块砖头）
材料：食用淀粉、2个5L空色拉油壶、1个开塞露、1m长乳胶管、火柴、纸条、3～3.5cm长铁钉1个、剪刀、硬纸板、粗铁丝1根、透明胶带、5～6cm长蜡烛1支
2.2 实验装置
实验装置见图2。
实验装置的制作如下：
（1）制作密封反应器。把2个大小相等、品牌相同的5L色拉油空壶洗净，一个壶从底部向上16cm处用剪刀剪下来，把口剪齐（用带底的小的部分）；另一壶从底部向上6～7cm处剪下来，把口剪齐，用壶底部盖住大壶口，修剪到密封为准。由于油壶外壁凹凸不平，是很好密封的。
（2）修平大壶底部。剪一个直径稍小于15.8cm的圆形硬纸板，剪好后放在大壶底部，平整后用透明胶带把硬纸板与大壶底部固定，使得大壶底部平整，好放置蜡烛。
（3）制作并安装塑料漏斗。从药店买一个开塞露，挤去液体，用剪刀从最大直径处剪开来，洗净即成一制作好的漏斗（颈内放有铁钉），见图3。 把粗铁丝烧红，按照漏斗颈部直径尺寸，在大壶底部垂直烫一个孔（距离壶壁约4cm处），把漏斗从壶里向外插出（要保证密封，不能漏气）。
（4）连接漏斗与胶管，把1m长乳胶管与漏斗颈部下端相连接。
（5）在大壶底部固定蜡烛。加热熔化蜡烛底部后把蜡烛粘接固定在大壶底部硬纸板上（位置在距壁约4cm处）。
2.3 实验操作步骤
（1）把铁钉放进漏斗。
（2）称1.5g淀粉，用纸条送入漏斗内。
（3）把大壶放在三脚架上，或放在侧立的两块砖上。
（4）点燃蜡烛，立即盖严大壶，马上用嘴轻轻从胶管末端向漏斗吹气。吹气时，用劲不能太大，否则吹起的粉尘不会形成雾状，不利于均匀分布。正确的吹气方法是：眼睛边看边轻轻估摸着吹，吹的力度能够使粉尘均匀地向上呈雾状悬浮起来并散开，当粉尘包围了火苗时，随着“嘭”的一声就会看到大火把盖子冲开，爆炸现象非常壮观。这时，大壶中的蜡烛火焰并没有熄灭，再盖住大壶，进行第二次吹气，又会听到、看到与第一次同样的现象。加淀粉1.5g可做实验2～3次。如果密封处夹上一根细铁丝，让反应器漏点气，则每次向上吹起粉尘后，都可以听到“啪”的一声，可连续做多次，但看不到有火焰产生。
2.4 改进后的优点
（1）实验装置所需材料易得，充分利用了日常生活中常见的物品。各配件安装简便，操作方便，现象明显，安全可靠，经济环保，成功率高。便于教师演示，也便于学生独立操作。
（2）学生可以清晰地观察到粉尘爆炸的全过程，有利于学生对爆炸发生的原理、条件有更深刻的理解。
3 问题与讨论
3.1 蜡烛不能过长、火焰不能太大
蜡烛5～6cm长、火焰不需要太大（一般即可），目的是为了防止盖子被烧坏。
3.2 制作反应器的两个油壶要大小、牌号相同
用作反应器的油壶，必须是大小、牌号相同的，这样便于密封。
3.3 促使学生养成防止粉尘爆炸的意识与习惯
在日常生活及工农业生产中，粉尘随处可见，它在爆炸前毫无征兆，但爆炸能产生极大的能量，其危害是触目惊心的。通过成功的粉尘爆炸实验，能使学生理解其爆炸原理、特点，有利于学生了解发生粉尘爆炸的条件：（1）粉尘本身具有可燃性；（2）粉尘具有相当大的比表面积；（3）粉尘悬浮在空气中，与空气混合形成爆炸极限范围内的混合物；（4）有足够的点火能量。从而，使学生养成防止粉尘爆炸的意识与习惯。
关键词：粉尘爆炸；爆炸极限范围；实验改进；安全教育
文章编号：1005-6629（2016）2-0067-03
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1 问题的提出
粉尘爆炸实验是中学化学的一个重要实验，成功完成该实验，会极大地激发学生学习化学的兴趣，对爆炸原理的认识也更加深刻，有利于培养学生安全意识。然而，不少化学教师反映按照教材中要求的装置（见图1）及做法，实验难以获得成功。原因是教材中的实验装置有3点不足：一是所用器材因为是金属罐不透明，学生无法观察到粉尘燃烧及发生爆炸的过程；二是实验成功率不高；三是教材中装置制作较难，所用材料不容易找到。基于上述情况，近年来有不少化学教师对该实验进行了改进，主要集中在以下几个方面：（1）粉尘改进：由于面粉易吸水潮湿且颗粒较大而不易点燃，因而有些老师把面粉放在锅中炒，或烘烤，或放在微波炉里进行加热使其干燥。（2）火源改进：有些老师把蜡烛引燃改为用低压电源的电热点火器点火，或在220 V电压下使铜丝因过重电荷产生电火花点火。这些改进效果虽较好，但制作过程复杂、操作不便，还存在安全隐患，更不适合学生动手进行实验。（3）反应器仍用金属罐：金属罐存在—定的不安全因素，且不易观察容器内实验现象，制作也较复杂。（4）反应器材料改进：将金属罐改为各种硬质塑料瓶或塑料桶。这些改进虽能增加视觉效果，但有些容器反应空间太小，且制作过程十分麻烦，不利于学生自己动手制作。
粉尘只有悬浮在空气中并分布得相当均匀，达到一定浓度时才会爆炸。颗粒越细的粉尘密度越小，越容易悬浮在空气中，并易与空气混合得均匀。颗粒大于400微米的粉尘则较不易悬浮在空气中，也不易与空气混合得均匀，即使用强点火源也不太可能爆炸。依据粉尘爆炸的原理与条件，结合近些年来粉尘爆炸实验改进的经验，粉尘爆炸实验应满足以下要求：（1）用食用油壶做反应器。用透明塑料壶代替金属罐做反应器，不仅避免了实验危险性，而且可以方便地看到随着轻轻吹气，粉尘向上移动的情况、蜡烛燃烧情况及粉尘燃爆情况，也可以进一步加深学生对粉尘爆炸原理的认识，理解面粉厂、淀粉厂要避免明火和火星的缘由。（2）反应器应足够大并有良好的密封性。反应中产生大量的热是实验成功的必要条件，反应器的气密性是实验成功的关键。为了保证实验中能产生大量的热，需要反应器在盖好盖子后，蜡烛仍可以继续燃烧。因此，选用较大容积的容器（4～5L的食用油壶）做反应器，既保证了实验成功率，又防止了容器中大量的热不会把反应器熔化。（3）用食用淀粉做粉尘。食用淀粉颗粒直径比面粉小，更容易燃爆。（4）用漏斗形容器替代桶形容器盛放粉尘，并向上鼓气，便于粉尘沿漏斗壁向上成雾状运动，利于粉尘与空气混合均匀。（漏斗颈内放置一个合适的铁钉，吹气时由于铁钉在漏斗颈内不断上下、左右振动，可以保证气体不断从铁钉帽四周向燃着的蜡烛吹起大量雾状的粉尘，确保该实验成功）。（5）用嘴吹气比洗耳球和气唧给粉尘鼓气更易控制气流大小。
2 实验过程
2.1 实验用品
仪器：三脚架（或两块砖头）
材料：食用淀粉、2个5L空色拉油壶、1个开塞露、1m长乳胶管、火柴、纸条、3～3.5cm长铁钉1个、剪刀、硬纸板、粗铁丝1根、透明胶带、5～6cm长蜡烛1支
2.2 实验装置
实验装置见图2。
实验装置的制作如下：
（1）制作密封反应器。把2个大小相等、品牌相同的5L色拉油空壶洗净，一个壶从底部向上16cm处用剪刀剪下来，把口剪齐（用带底的小的部分）；另一壶从底部向上6～7cm处剪下来，把口剪齐，用壶底部盖住大壶口，修剪到密封为准。由于油壶外壁凹凸不平，是很好密封的。
（2）修平大壶底部。剪一个直径稍小于15.8cm的圆形硬纸板，剪好后放在大壶底部，平整后用透明胶带把硬纸板与大壶底部固定，使得大壶底部平整，好放置蜡烛。
（3）制作并安装塑料漏斗。从药店买一个开塞露，挤去液体，用剪刀从最大直径处剪开来，洗净即成一制作好的漏斗（颈内放有铁钉），见图3。 把粗铁丝烧红，按照漏斗颈部直径尺寸，在大壶底部垂直烫一个孔（距离壶壁约4cm处），把漏斗从壶里向外插出（要保证密封，不能漏气）。
（4）连接漏斗与胶管，把1m长乳胶管与漏斗颈部下端相连接。
（5）在大壶底部固定蜡烛。加热熔化蜡烛底部后把蜡烛粘接固定在大壶底部硬纸板上（位置在距壁约4cm处）。
2.3 实验操作步骤
（1）把铁钉放进漏斗。
（2）称1.5g淀粉，用纸条送入漏斗内。
（3）把大壶放在三脚架上，或放在侧立的两块砖上。
（4）点燃蜡烛，立即盖严大壶，马上用嘴轻轻从胶管末端向漏斗吹气。吹气时，用劲不能太大，否则吹起的粉尘不会形成雾状，不利于均匀分布。正确的吹气方法是：眼睛边看边轻轻估摸着吹，吹的力度能够使粉尘均匀地向上呈雾状悬浮起来并散开，当粉尘包围了火苗时，随着“嘭”的一声就会看到大火把盖子冲开，爆炸现象非常壮观。这时，大壶中的蜡烛火焰并没有熄灭，再盖住大壶，进行第二次吹气，又会听到、看到与第一次同样的现象。加淀粉1.5g可做实验2～3次。如果密封处夹上一根细铁丝，让反应器漏点气，则每次向上吹起粉尘后，都可以听到“啪”的一声，可连续做多次，但看不到有火焰产生。
2.4 改进后的优点
（1）实验装置所需材料易得，充分利用了日常生活中常见的物品。各配件安装简便，操作方便，现象明显，安全可靠，经济环保，成功率高。便于教师演示，也便于学生独立操作。
（2）学生可以清晰地观察到粉尘爆炸的全过程，有利于学生对爆炸发生的原理、条件有更深刻的理解。
3 问题与讨论
3.1 蜡烛不能过长、火焰不能太大
蜡烛5～6cm长、火焰不需要太大（一般即可），目的是为了防止盖子被烧坏。
3.2 制作反应器的两个油壶要大小、牌号相同
用作反应器的油壶，必须是大小、牌号相同的，这样便于密封。
3.3 促使学生养成防止粉尘爆炸的意识与习惯
在日常生活及工农业生产中，粉尘随处可见，它在爆炸前毫无征兆，但爆炸能产生极大的能量，其危害是触目惊心的。通过成功的粉尘爆炸实验，能使学生理解其爆炸原理、特点，有利于学生了解发生粉尘爆炸的条件：（1）粉尘本身具有可燃性；（2）粉尘具有相当大的比表面积；（3）粉尘悬浮在空气中，与空气混合形成爆炸极限范围内的混合物；（4）有足够的点火能量。从而，使学生养成防止粉尘爆炸的意识与习惯。