燃燒定義的深層次剖析至化學(xué)教與學(xué)2012第3期

1、發(fā)表期刊：化學(xué)教與學(xué) 2012年第1期燃燒定義的深層次剖析但世輝 陳莉莉 （襄陽市東風(fēng)中學(xué) 湖北 襄陽 441004）摘要：燃燒的定義在中學(xué)階段不同版本的教材中多次出現(xiàn)并不斷演化。文中分析了各種物質(zhì)燃燒的過程，得出了燃燒的必備條件，就此總結(jié)出了更為準(zhǔn)確的燃燒定義并進行了擴展。關(guān)鍵詞：燃燒；過程；條件；定義 一、問題的提出人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（九年級上冊）第125頁對“燃燒”作了如下定義：可燃物與氧氣發(fā)生的一種發(fā)光、放熱的劇烈的氧化反應(yīng)叫做燃燒1。人教版全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）·化學(xué)（第一冊）第66頁對“燃燒”又進行了如下補充說明：燃燒不一定要有氧氣

2、參加，任何發(fā)光、發(fā)熱的劇烈的化學(xué)反應(yīng)都可以叫做燃燒2。而人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（必修1）中并沒有對燃燒進行一個準(zhǔn)確的界定，只是將其放置在“思考與交流”一欄中：通過H2在Cl2中燃燒的實驗，你對燃燒的條件及其本質(zhì)有什么新的認(rèn)識3？三種教材內(nèi)容上的編排自然有其合理的出發(fā)點，但我們不禁要問：必修1中問題的答案到底該如何統(tǒng)一？畢竟從目前的教學(xué)來看，許多同行對此問題看法不一，甚至失之偏頗。為此，筆者做出了以下探究。二、燃燒的過程要弄清楚燃燒的定義或者本質(zhì)，我們必須從燃燒的過程出發(fā)。物質(zhì)可以粗略分為氣體、液體、固體3種，可燃物的狀態(tài)不同，其燃燒過程也不完全相同，伴隨著燃燒各階段的

3、溫度也不一樣（圖1）。從上圖可知，任何可燃物質(zhì)的燃燒都要經(jīng)歷氧化分解、著火、燃燒等階段。對于固體和液體而言，燃燒過程中多了“蒸發(fā)或分解”這一初始階段，其相應(yīng)溫度為T初，即為可燃物質(zhì)開始加熱的溫度，此時加熱的大部分熱量用于可燃物的熔化蒸發(fā)或分解，溫度上升比較緩慢；當(dāng)溫度上升至T氧時，可燃物質(zhì)開始氧化，但此時氧化速度不快，氧化產(chǎn)生的熱量尚不足以抵消向外界的散熱，若此階段停止加熱，則不會引起燃燒，因此需要繼續(xù)加熱，溫度才能繼續(xù)升高；當(dāng)溫度達到T著，可燃物劇烈氧化并開始著火，放出大量的熱，即使停止加熱溫度也能升高，到達T燃時可燃物繼續(xù)燃燒，溫度繼續(xù)升高，仍然放出大量的熱。以木材燃燒為例，可分為四個階段

4、4：（1）干燥階段：T初<150，蒸發(fā)的氣體主要是水蒸氣，為吸熱過程；（2）預(yù)炭化階段：T氧在150275，木材緩慢氧化，析出CO、CO2和少量有機揮發(fā)物，仍為吸熱階段；（3）炭化階段：T著在275450，木材劇烈氧化，放出大量CO、CH4、木焦油等可燃性物質(zhì)，同時產(chǎn)生木炭。此時可燃物質(zhì)劇烈燃燒，為放熱過程，產(chǎn)生大量的熱，是木材燃燒時最危險的階段；（4）煅燒階段：T燃在4501500，木材熱分解結(jié)束，木炭劇烈燃燒，繼續(xù)放出熱量。三、燃燒的條件從燃燒過程可以看出，引發(fā)燃燒最重要的一步是燃燒過程中的二、三階段能使溫度上升至T著。此階段的能量情況可用下圖表示（圖2）。外界加熱和本身氧化（提供熱

5、量）可燃物外界接觸（散失熱量）圖2 燃燒的能量轉(zhuǎn)化示意圖因此，從能量角度來說燃燒的條件為：必須使可燃物獲得的熱量大于其散失的熱量，這樣才能保證可燃物具有一定的能量使溫度升至著火點。具體而言，要實現(xiàn)這種能量的轉(zhuǎn)化必須具備以下條件：其一：燃燒初始階段必須持續(xù)對可燃物進行加熱。由于此時還未到氧化階段，可燃物本身尚不能產(chǎn)生熱量，必須借助外界供熱，倘若停止加熱，溫度便不能上升至T著，可燃物不能燃燒。以木材燃燒為例，干燥階段和預(yù)炭化階段均為吸熱反應(yīng)，吸收的熱量必須源于外界供熱，否則便不能進入炭化階段和煅燒階段，不能燃燒。其二：燃燒第二、三階段必須發(fā)生氧化反應(yīng)且氧化速度很快。外界停止供熱之后，支持升溫的熱量

6、便只能源于氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，倘若氧化速度過慢，放出的熱量不足以抵消外界散失的熱量則燃燒便會停止。以帶火星的木條為例，放在空氣中只會發(fā)光發(fā)熱且易熄滅，而放在氧氣中便可劇烈燃燒，原因便是空氣中O2濃度太小，氧化速度過慢的緣故。四、燃燒的定義及解釋由燃燒的過程及其條件可以給燃燒下一個較之教材更為準(zhǔn)確的定義：任何發(fā)光、發(fā)熱且氧化速率較快的化學(xué)反應(yīng)都可以稱之為燃燒。對其解釋如下：“發(fā)光、發(fā)熱”是燃燒過程的一種外在表現(xiàn)。從能量角度分析，燃燒進入第二、三階段之后，可燃物放出的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于散失的熱量，此時多余的熱量便以光和熱的形式傳播出去，呈現(xiàn)“發(fā)光、發(fā)熱”的現(xiàn)象；“氧化速率較快”用以替換了人教版化學(xué)第一冊

7、68頁定義中“劇烈”一詞，替換之后更為準(zhǔn)確。由于“氧化速率較快”才能保證溫度的上升進而達到著火點并開始燃燒，但從外在表現(xiàn)來看“氧化速率較快”不一定就“劇烈”，以H2在Cl2中燃燒為例，受H2流速等因素的影響反應(yīng)并不劇烈只是安靜的燃燒，而從內(nèi)部分析來看其氧化速率還是比較快的，足以保證燃燒的進行。綜上：從內(nèi)部分析，燃燒所引起的氧化反應(yīng)速率較快，從外部來看，氧化過程產(chǎn)生的多余能量以光和熱的形式散失。五、燃燒現(xiàn)象的擴展由燃燒的定義可知：燃燒本身是一個速率較快的氧化反應(yīng)，因此在平時分析某種物質(zhì)是否能夠燃燒或者是否能夠助燃時一定要將分析對象及其所處化學(xué)環(huán)境搭配起來共同分析，常見分析誤區(qū)如下：1.燃燒的蠟燭

8、在CO2中熄滅，因此CO2不能助燃此種結(jié)論將分析對象與化學(xué)環(huán)境（CO2）孤立開來。蠟燭不能在CO2中燃燒是由于蠟燭成分（主要為碳?xì)浠衔铮┎荒芎虲O2發(fā)生速率較快的氧化還原反應(yīng)，自然不能燃燒；據(jù)此說CO2不能助燃便很片面。CO2對絕大多數(shù)可燃物是良好的滅火劑，而對K、Ca、Na、Mg等失電子能力強的可燃物則是助燃劑，以Mg在CO2中燃燒為例，發(fā)生反應(yīng)：2Mg+CO2 C+2MgO，燃燒便十分劇烈。除CO2之外，中學(xué)階段常見氣體如NO2、SO2等均可用作助燃劑5，比如Mg便可在這兩種氣體中燃燒，發(fā)生的反應(yīng)為：11Mg+4NO28MgO+Mg3N2+N2 3Mg+SO2 2MgO+MgS2.燃燒一定要在氣體中進行常見的燃燒過程都有氣體的參與，但并不代表全部，因為固體之間也可發(fā)生氧化速率較快的化學(xué)反應(yīng)并且發(fā)光、發(fā)熱，也可稱之為燃燒，以鋁熱反應(yīng)為例：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3，此反應(yīng)迅速放出大量的熱，使得產(chǎn)生的單質(zhì)鐵呈液態(tài)，也可稱之為燃燒。 參考文獻1中學(xué)化學(xué)國家課程研制組.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書.化學(xué)（九年級上冊）M.北京：人民教育出版社，2006：152人民教育出版社化學(xué)室.全日制普通高級中學(xué)教科書.化學(xué)（第一冊）