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基于氧化还原理论的自制烟花的研究

范文

汪滢滢葛宇超

摘要：通过自制烟花，进行学生小课题的研究，引导学生基于氧化还原的本质，以黑火药的配制为基础一步一步改进实验试剂，最终期望得到效果较佳的自制烟花。在这个过程中，让学生真正走进化学实验，体验学习的过程，感知化学的魅力，促进学生科学素养的提升。

关键词：氧化还原;黑火药;烟花

文章编号：1008-0546（2019）03-0089-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.029

《普通高中化学课程标准（2017年版）》倡导教师要重视培养学生的学科核心素养，教师不仅应关注学生知识与技能方面的获得，更重要的是需要创设一个真实的、合适的、有价值的实际问题，在此基础上让学生体验学习的过程，并进一步使学生的社会责任感、价值观得到全面提升，侧重学生的长远发展。高中化学核心素养力求让高中生具有宏观观察与微观探索、科学精神与社会责任等能力，将已有知识转化为能够解决学习、生活中相关问题的能力。所以作为教师，我们必须立足教材，并充分整合学科内容，通过一定方式，培养学生独立思考、合作探究的能力。

氧化还原的知识是沪教版化学高一教材上册第二章的内容，这一内容是认识物质性质、分析化学变化的重要视角，它从电子层面揭示了化学反应的本质，在生活生产中有着十分重要的作用。在教学中，教师不仅应帮助学生建立有关氧化还原反应的知识体系，还要进一步让学生感受氧化还原在生活生产上的重要应用，提升对化学知识应用价值的认识，形成对立统一的哲学观念。故在讲解好该内容后，教师可带领学生走出课堂，在课外开展与其相关的研究性学习，让学生自己动手做实验，进一步感知氧化还原的魅力。

一、原始实验

黑火药的成分配比从古至今变化不大，研究小组成员在第一次制作黑火药实验时，按照该反应方程式中各试剂的物质的量之比进行实验，S、KNO3和C的质量比大致为2：15：3。将各物质按比例称量好后混合均匀，取适量在空旷场地点燃即可。

在首次实验中，由于黑火药燃烧时有K2S产生，往往会释放出很多浓黑烟，影响整体实验效果的美感。同时木炭品种不同，效果相差较大，只有极细的粉末在混合后效果较佳。

二、改进实验

那如何才能减少K2s的生成，改善燃烧时的浓烟，同时减小木炭对实验效果的影响呢？在这样的问题驱动下，小组成员开始进一步查阅资料，进行改进烟花原料配比的研究。同学们发现KMnO4作为一种强氧化剂也可以代替反应中的KNO3，KMnO4在燃烧时同样可以放出O2，提供其他还原剂燃烧所需的O2。他们进一步发现用蔗糖代替木炭进行燃烧效果也较佳，这样可减少木炭种类、纯度、颗粒大小对整体实验的影响。KMn04用量的选择上以能够让蔗糖完全燃烧所需O2的量为准。通过计算，KMnO4与蔗糖的质量比大致为11：1。将KMnO4与蔗糖按比例混合均匀后加入塑料吸管中，点燃混合物上端即可。

第二次改进实验过程中的燃烧现象与之前大致相似，但试剂的用量已减少，大大降低了实验成本，但燃烧时的现象与烟花还有一些差距，例如没有耀眼光亮、没有特殊颜色等。同学们回顾初中的知识后想到镁条燃烧时可发出耀眼白光，在接下来的改进实验中进一步加入适量镁粉后点燃，观察现象。发现燃烧时光亮已非常明显。

在这几次实验中，研究小组成员都是直接接触混合物进行点燃，燃烧后需迅速移开双手，否则会造成较大伤害。基于这一问题，参考爆竹引线的结构，研究小组成员也自制了浸有KCIO3溶液的脱脂棉，揉成长条形，插入混合物中。在实验时，只需点燃脱脂棉即可，也给同学留出了充足的远离时间。

最后同学们通过实验得出结论，KCIO3与蔗糖的质量比大致为3：1，并与适量镁粉混合，用浸有KCIO3溶液的脫脂棉做引线，可得到效果较好的烟花实验。

三、拓展实验

在进行该小课题研究时，笔者对研究小组的同学提出进一步要求，希望他们在此烟花的基础上增加丰富的颜色。小组成员利用焰色反应原理圆满完成了该任务，在已有实验试剂基础上加入不同的金属化合物，可呈现出特征的颜色效果。

四、学生感想

须同学：这次研究性学习让我认识到，在做实验前，一定要将书本上最基础的内容掌握，这是做化学实验的根本，否则连实验原理都不清楚的话，就更没办法理解不同物质配比产生的现象了。

贾同学：通过这次自制烟花的实验，使我学到了不少实用的知识，也通过查阅资料和亲自做实验了解到了火药、焰火的原理，同时在烟花燃放过程中会产生大量气体，有时也会产生污染空气的气体和粉尘，所以我们还是要尽量减少烟花爆竹的燃放。

胡同学：在本次改进实验和拓展实验中，我学到了很多书本上没有的知识，提升了我的动手能力，也培养了我与同学们共同完成任务的团队合作能力，尤其是写实验报告时，一定要实事求是地进行数据处理和描述现象。

江同学：通过这次的研究性学习，我不仅对关于氧化还原的理论知识有了更深入的了解，对实验过程中的实际操作也掌握了许多。希望今后老师们可以开展更多的类似这样有趣、有意义的实验，可以让我们得到更多更好的锻炼。

五、补充说明

1.在该反应中，KcIO2的含量要足量或稍过量，才能使得燃烧反应完全而释放出高热量。

2.KCIO3属强氧化剂，受撞击即猛烈爆炸，故取用和混合试剂时须小心，不可用力研磨和混合。

3.在将实验药品加入塑料吸管时，应尽量压实药品。

4.该实验较危险，学生实验时务必注意安全，亦须通风。

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