有關(guān)紅磷實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)講述

1、在初中化學(xué)中，紅磷的使用很頻繁。例如，在義務(wù)教育化學(xué)教科書（2012 年人教版）上冊(cè)與紅磷相關(guān)的實(shí)驗(yàn)就有三個(gè)：教材第27頁(yè)實(shí)驗(yàn) 2-1“測(cè)定空氣中氧氣的含量”；教材第92頁(yè)有關(guān)質(zhì)量守恒定律的探究“紅磷燃燒前后質(zhì)量的測(cè)定”；教材第128頁(yè)實(shí)驗(yàn)7-1“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)”。許多教師和實(shí)驗(yàn)員都會(huì)注意到：實(shí)驗(yàn)室提供的紅磷經(jīng)常是濕漉漉的，甚至有一層“水”（即使是新買未開封的也是如此）。但在教學(xué)實(shí)踐中，我們不難發(fā)現(xiàn)：上述有關(guān)紅磷實(shí)驗(yàn)演示成功的關(guān)鍵，偏偏就與這些“水”有關(guān)。例如，在實(shí)驗(yàn)中，雖然沒(méi)有強(qiáng)調(diào)紅磷必須是“干燥”的，但在演示時(shí)，引燃燃燒匙中的潮濕的紅磷時(shí)會(huì)有困難，經(jīng)常是紅磷中的“水”已經(jīng)沸騰了并產(chǎn)生濃烈的

2、味道或白煙，很久后才產(chǎn)生火焰并燃燒起來(lái)。又如，在實(shí)驗(yàn)中，與舊版教材相比，最大的改變是把其中的白磷改為紅磷。改用紅磷可以降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性（白磷劇毒，紅磷毒性稍低；白磷著火點(diǎn)40，易自燃），但卻增大了實(shí)驗(yàn)的操作難度，因?yàn)橛眉t熱的玻璃管引燃干燥的紅磷有困難（紅磷著火點(diǎn)240），要引燃潮濕的紅磷，更是難上加難?？傊瑢?shí)踐表明，紅磷需要干燥后才可進(jìn)行燃燒，這是實(shí)驗(yàn)演示成功的關(guān)鍵。那么，實(shí)驗(yàn)室貯存紅磷的試劑瓶中的那層那么，實(shí)驗(yàn)室貯存紅磷的試劑瓶中的那層“水水”，或潮濕紅磷中的或潮濕紅磷中的“水水”究竟是什么物質(zhì)？究竟是什么物質(zhì)？這些這些“水水”是怎么形成的？又該如何干燥紅磷呢？是怎么形成的？又該如何干燥紅

3、磷呢？筆者查找資料了解到，那些“水”并不是水，它們是成分復(fù)雜的混合酸液，主要成分是正磷酸（H3PO4）、亞磷酸（H3PO3）、次磷酸（H3PO2），甚至?xí)薪沽姿?、三磷酸、四磷酸和偏磷酸等。這些酸的形成過(guò)程如下：（1）紅磷中含有少量白磷（即使是分析純紅磷，也含有）紅磷中含有少量白磷（即使是分析純紅磷，也含有0.01%左右白磷），白磷性質(zhì)活潑，在空氣中極易氧化生成左右白磷），白磷性質(zhì)活潑，在空氣中極易氧化生成 P4O6。P4O6不穩(wěn)定，繼續(xù)氧化為不穩(wěn)定，繼續(xù)氧化為P4O10（中學(xué)教材中把（中學(xué)教材中把P4O6、P4O10分別簡(jiǎn)寫成分別簡(jiǎn)寫成 P2O3和和 P2O5）；）；（2）紅磷與空氣長(zhǎng)期接觸

4、緩慢氧化也會(huì)形成）紅磷與空氣長(zhǎng)期接觸緩慢氧化也會(huì)形成 P4O6和和 P4O10；（3）P4O6和和 P4O10都是極易吸水的物質(zhì)，在常溫下與水都是極易吸水的物質(zhì)，在常溫下與水反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸（正磷酸、亞磷酸或次磷酸），如：反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的酸（正磷酸、亞磷酸或次磷酸），如：P4O6+6H2O（冷）（冷）=4H3PO3；（4）亞磷酸、次磷酸在水溶液中主要表現(xiàn)出強(qiáng)還原性，最）亞磷酸、次磷酸在水溶液中主要表現(xiàn)出強(qiáng)還原性，最終會(huì)轉(zhuǎn)化成正磷酸，而且正磷酸發(fā)生脫水反應(yīng)還可生成焦磷終會(huì)轉(zhuǎn)化成正磷酸，而且正磷酸發(fā)生脫水反應(yīng)還可生成焦磷酸、三磷酸、四磷酸和偏磷酸。這些酸都能溶于水。酸、三磷酸、四磷酸和偏磷酸。這些酸

5、都能溶于水。因此，干燥紅磷的方法是：濕潤(rùn)的紅磷或剛開封使用的紅磷都必須先用水洗凈，然后過(guò)濾，最后放在濾紙上自然風(fēng)干，得到干燥的紅磷粉末。干燥后的紅磷粉末，最好連同濾紙一起放進(jìn)試劑瓶密封保存。實(shí)踐證明，這樣處理后的干燥紅磷能迅速在空氣中燃燒。實(shí)驗(yàn)中：在裝置的改進(jìn)上，可將一集氣瓶截去底部，在瓶壁上用紅色油漆做標(biāo)記，分成 5 等份，與大燒杯等組成裝置（如圖1），操作更簡(jiǎn)單。燃燒完畢后，隨著溫度的下降液面逐漸上升至1/5 高度。另外，在講解該實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，建議補(bǔ)充做一個(gè)簡(jiǎn)單有趣的小實(shí)驗(yàn)：找一段粗細(xì)合適的玻璃管與塑料洗瓶（或洗耳球）的尖嘴配套，組成裝置（如圖2），先擠壓洗瓶，后松開手，紅墨水會(huì)沿著玻璃管產(chǎn)

6、生倒吸，現(xiàn)象明顯，快速簡(jiǎn)單。這樣，可以幫助學(xué)生輕松地理解：當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣體減少（即壓強(qiáng)減少）時(shí)，連接密閉裝置的玻璃管就會(huì)產(chǎn)生水倒吸的現(xiàn)象。截去底部的集氣瓶大燒杯圖1 測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置直角玻璃管帶尖嘴的塑料洗瓶紅墨水圖2 紅墨水形成倒吸的實(shí)驗(yàn)氣球玻璃管鐵絲圈紅磷細(xì)沙圖3 紅磷燃燒前后質(zhì)量測(cè)定裝置實(shí)驗(yàn)中：經(jīng)過(guò)干燥處理后的紅磷在空氣中直接引燃，是相當(dāng)順利的。然而，通過(guò)使用灼熱后的玻璃管去引燃干燥的紅磷粉末時(shí)，要把握好玻璃管灼熱的程度，而且耗時(shí)比較長(zhǎng)（因?yàn)檠塾^不能判斷玻璃管的灼熱程度，只能長(zhǎng)時(shí)間加熱），這樣憑感覺來(lái)完成的實(shí)驗(yàn)經(jīng)常會(huì)失敗。此時(shí)，如果在玻璃管末端纏上一段鐵絲圈（如圖3），把鐵絲圈末端在酒

7、精燈上灼燒至發(fā)紅，就能夠非常迅速地引燃干燥的紅磷（黃豆般大即可），成功率100%。另外，多個(gè)班連續(xù)用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)敞開錐形瓶口方便及時(shí)補(bǔ)充空氣，否則會(huì)因?yàn)槠績(jī)?nèi)氧氣濃度低而難以引燃紅磷，最好每次都更換新的錐形瓶。實(shí)驗(yàn)中：紅磷的作用主要是與白磷的燃燒做對(duì)比，使學(xué)生明白白磷在空氣中燃燒是很容易的。這里迫切要解決的問(wèn)題有2個(gè)：第一，處理好白磷燃燒產(chǎn)生的污染問(wèn)題。在沒(méi)有使用通風(fēng)櫥的情況下，建議還是改用如圖4 和圖5所示的裝置既環(huán)保又操作簡(jiǎn)單。在圖4中，把黃豆般大的白磷和紅磷分別放入兩支試管中，試管口纏上氣球，當(dāng)把兩支試管浸泡在80熱水中時(shí)，可觀察到白磷燃燒且產(chǎn)生的白煙不會(huì)逸散到空氣中，紅磷未

8、能燃燒。在圖5中，把一支空試管倒扣于浸泡在熱水中的白磷上，使本來(lái)在熱水中不燃燒的白磷接觸到空氣而燃燒起來(lái)，產(chǎn)生的白煙聚集在試管內(nèi)，直至被水吸收，最后還可以觀察到試管內(nèi)形成一段水柱。氣球空氣熱水白磷紅磷圖4 白磷在空氣中在燃燒空氣試管熱水用六角螺母固定的白磷圖5 白磷在水中在燃燒純氧氣純氧氣約80的熱水白磷白磷室溫下的冷水圖6 白磷在水中通入氧氣的對(duì)比實(shí)驗(yàn)第二，處理好對(duì)水中的白磷通氧氣時(shí)白磷在水中會(huì)到處亂跑的問(wèn)題。教材中是用硬紙圈圈住，但在實(shí)際操作時(shí)，硬紙圈泡在水中很容易散開，用一個(gè)較小號(hào)的六角螺母比較好。或者在導(dǎo)管口連接一個(gè)漏斗就能解決了，并且便于進(jìn)行在冷水中與在熱水中的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（如圖6），當(dāng)緩緩?fù)ㄈ胙鯕鈺r(shí)，可觀察到熱水中的白磷燃燒，而冷水中的白磷不燃燒。要注意的是，這個(gè)漏斗的頸要稍長(zhǎng)（以方便實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能把漏斗按壓在水中），而且要厚重，否則很容易在水中漂起來(lái)。人有了知識(shí)，就會(huì)具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書