“水生火中”探秘

    孙世祺

    摘 要 俗话说“水火不相容”，但在冬天用火炉烧水时，盛有冷水的锅（或水壶）刚开始放到火炉上的最初几分钟内，在锅底面和底附近的侧面常常会有水珠产生，当水珠积累到足够大后，水珠就会向水壶底面移动，积累到足够大后落入火中，发出“轰”的声音，这种现象一直持续几分钟时间，水壶的底面总是湿湿的，不断有水珠产生。但再经过一段时间后，水壶底面的水就会消失地不见踪影，水壶的底面恢复干燥，一直到水被烧开壶底再也不会再有水珠出现了。在火苗中，怎么会有水存在呢？水又是怎样产生的呢？

    关键词 “水生火中” 探秘实验

    中图分类号：G641 文献标识码：A

    1实验探究

    1.1器材准备

    准备探究活动用工具和材料：

    烧水水壶：用于烧水，便于观察壶底产生的水珠。

    干湿度计：用于测量实验时周围环境的湿度，研究环境湿度对实验效果的影响。

    温度计：测量水温随实验过程变化与实验现象的关系。

    水壶支架：用于拓展水壶与炉具之间的空间，利于观察实验现象。

    计时器：秒表或手表，用于记录实验时间，研究实验时间与实验想象之间的关系。

    导流杆：可以用铁丝或铜丝握制，用于把壶底产生的水珠导流出来，进一步验证所产生的液体确定为水。

    量水器具：用于测量实验时所烧的水量，研究壶中水量与实验现象的关系。

    烧杯：用于盛放实验产生的液体，通过实验验证其成分就是水。

    无水硫酸铜：用于验证实验产生的液体为水，无水硫酸铜为白色粉末，当加入少量水后，粉末会变蓝色，如果把无水硫酸铜为粉末加入水中，则形成蓝色溶液。

    1.2实践阶段

    1.2.1确定探究活动的操作过程

    确定三种火源，分别是蜂窝煤炉、煤气灶和石油液化气灶，以三种火源为主线，研究不同的环境温度、不同的环境湿度、不同的烧水量、不同初始水温、不同火力等条件下的实验现象以及实验现象与实验开始时间之间存在的关系。

    1.2.2蜂窝煤炉实验

    实验现象：由于蜂窝煤炉火力较弱，而且不好控制火力，实验进行的比较艰难，实验共做了三次，其中，第一次试验中，明显的观察到了水生火中现象，该现象持续时间为两分钟，随后现象消失，一直到水被烧开，没有再次观察到水的出现。第二次、第三次实验炉火更弱，均没有出现水生火中现象。

    实验分析：从环境因素看，环境湿度较低，一直保持在29%以下，实验现象不明显，由此分析，水生火中现象很可能与环境湿度有关；从火源来分析，煤球燃烧时的产物主要是CO、CO2和少量SO2，也没有水蒸气产生。

    结论：该实验应为火源的因素，导致实验现象不明显，不能就此判断水生火中现象的成因。

    1.2.3煤气炉实验

    实验现象：在环境温度20℃，环境湿度63%的家庭厨房里，用煤气炉作为火源，共做了三次实验，均在壶底出现了水珠，而且现象非常明显。分别量取4000毫升冷水于壶中，第一次实验有水生成的时间持续了8分钟，第二次实验有水生成的时间持续了2分钟，第三次实验有水生成的时间持续了5分钟。在实验进行的同时，室内的环境湿度和环境温度都在逐渐增加。

    在第一次实验中，通过导流杆收集了少量液体，经过用无水硫酸铜检验，无水硫酸铜变成蓝色，从而证明实验所生成液体的成分就是水，从而验证了水生火中现象的真实性。

    实验分析：煤气的主要成分是CO，但煤气中含有水蒸气，因此，在燃烧后的混合气体中，主要是CO2和H2O，水蒸气遇到冷的壶底后就会凝结成水珠，另外，由于环境湿度比较大，空气中含有大量水蒸气，当煤气炉燃烧时，带动火焰及附近的空气流动，热空气上升，遇到冷的壶底时，空气中的水蒸气冷凝成液态，附着在壶底上。经过三次实验，发现水生火中现象的发生与环境温度没有直接关系。

    结论：水生火中现象受环境湿度的影响很大。

    1.2.4石油液化气炉实验

    实验现象：在环境温度为13.8℃，环境湿度61%的家庭厨房里，用石油液化气炉作为火源，共做了两次实验，均在壶底出现了水珠，而且现象较用煤气炉做实验时更加明显。分别量取4000毫升冷水于壶中，第一次实验有水生成的時间持续了12分钟，第二次实验有水生成的时间持续了18分钟。在实验进行的同时，室内的环境湿度和环境温度均在明显增加。

    实验分析：石油液化气的主要成分是乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等混合气体，均为碳氢化合物，燃烧后的主要产物是二氧化碳和大量的水蒸气，水蒸气遇到冷的壶底后就会凝结成水珠，因此，出现的水珠比用煤气火焰和蜂窝煤火焰做实验时都要多。

    结论：水生火中现象与燃料燃烧产生的生成物有直接关系，当生成物中有水蒸气时，该现象会更容易产生。

    2探究结论

    经过研究探讨，归纳整理出“水生火中”现象的科学原理是：水生火中现象产生的根本原因是水蒸气的遇冷液化凝结；水蒸气有三条主要来源：第一是空气中含有的水蒸气，第二是燃料燃烧时生成的水蒸气，第三是燃料中含有的水蒸气。

    3活动意义

    通过这次科技实践活动，充分的调动了学习与生活实践相结合的积极性，在活动中学习，在实践中锻炼，在动手动脑中提高。

    加强了参与学习的能力以及自主探究与协作学习和创新能力的培养，提高了科学素养，让创造性学习内化为自身的思维习惯和行为方式，为将来高一层次的学习和适应社会的需要打下良好的基础。增强了学习的自主意识，培养了合作学习和科学探究的意识和综合运用所学知识创造性地解决具体实际问题的方法。

    提升了自身的科学素养。通过“水生火中探秘”科技实践活动，学习和体验科学探究的过程和方法，激发了创新精神，了解了科学思维方法，提高了科学实践的能力。少了一分浮躁，多了一分思考；少了一点空谈，了一点实践；少了一点盲从，多了一点创新。

    帮助逐步树立科学的学习理念，突出自主、探究和合作的意识，促进学习方式的改变。通过整个活动过程，增强学习的自主意识，培养合作学习和科学探究的意识，学会了综合运用所学知识创造性地解决具体实际问题的能力和方法。