“玻棒点灯”的研究，本文主要内容关键词为：，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“玻棒点灯”是中学化学课外活动中的一个典型趣味性实验，在很多的课外活动书籍里都有这方面的内容介绍。然而关于“玻棒点灯”的实验原理却有着一些不同的说法，有的认为玻棒点灯是由浓硫酸与高锰酸钾作用，放出氧气而引发燃烧；也有的认为玻棒点灯是由于硫酸与高锰酸钾反应生成了氧化性极强的七氧化二锰，当七氧化二锰遇到酒精等可燃物质时发生剧烈的反应，并产生很高的温度而引起酒精灯燃烧[1][2]。诸多见解未见统一，玻棒点灯的化学反应真实原理如何，笔者未能查到一个比较完整的有关材料。为此，本文就玻棒点灯化学实验的反应原理进行一点探索，寻求其实验反应中的一些基本条件；同时也将此文供作中学生开展化学研究性课外活动的借鉴。
1 实验操作
用洁净的毛玻璃棒一端沾取酸液少量，然后用角匙将研细的氧化剂粉末洒在沾有酸液的玻棒上[3]。过二、三秒钟后，用玻璃棒粘有药品的一端去接触酒精灯芯，反复操作十次。每次点燃后都将玻璃棒洗净擦干，并把点燃过或污染的酒精灯芯剪去。本文分别用高锰酸钾、氯酸钾以及硫酸、硝酸、磷酸为材料进行实验，其实验及结果如表1、表2所示。
表1 高锰酸钾
表2 氯酸钾
“*”表示可以点燃。“一”表示不能点燃
2 实验及其结果
高锰酸钾与酸的混合物里看不出气泡产生，但在浓硫酸的作用下，有呈绿色的油状液体生成，接触酒精灯时，先冒火星，并伴有轻微爆鸣声，瞬间酒精灯点燃，火焰上方有大量棕色烟尘，为棕色粉末。如果是在氯酸钾与浓硫酸混合物点燃下，爆鸣剧烈，并有刺鼻的氯气产生。其它的氧化试剂则不能点燃酒精灯。以下仅列出能点燃酒精灯的实验数据。
3 问题讨论与结论
3.1 浓硫酸的两个作用
由以上实验结果表1不难看出，浓硫酸在玻璃棒点灯的实验中，不仅仅是起酸化作用，使高锰酸钾转化为氧化性很强的七氧化二锰；同时另一个重要的作用是，浓硫酸在与含有工业酒精的灯芯接触时，立即放出大量的热，从而引发氧化还原反应的剧烈进行，反应的热量导致酒精灯达到其燃点，并使之发生燃烧。但随着硫酸的浓度下降，与酒精作用所放出的热量也随之下降，以致其不能引发氧化还原反应的剧烈进行，酒精灯不能被点燃。而高锰酸钾在浓硫酸当中，也应该有高锰酸生成，但却不能点燃酒精灯。这进一步充分说明了，浓硫酸与酒精及灯芯纤维作用的放热现象，是点燃酒精灯的重要因素之一。
3.2 氧化还原电位势差
通过文献检索不难查找到相关的氧化还原反应的热力学数据[4]：
数据表明，这些反应的氧化还原电极电位势差均在1.33伏以上，从理论上讲这些强氧化剂都能够与酒精自发地发生氧化还原反应，可以点燃酒精灯。但事实上，有的点燃酒精灯比较顺利，如表1中的高锰酸钾与浓硫酸；有的点燃酒精灯近乎以爆炸方式进行，如表2中氯酸钾与浓硫酸原反应；有的却不能点燃酒精灯，象重铬酸钾虽然也是强氧化剂，但在浓硫酸存在时并不能迅速点燃酒精灯。这说明并不是所有氧化剂，在浓硫酸的放热条件作用下都能顺利点燃酒精灯。
3.3 氧化还原反应速度
在玻璃棒点灯的实验中，能否顺利将酒精灯迅速点燃，另一个重要的因素就是化学反应的动力学。氯酸钾的化学反应速度最快，高锰酸钾的反应速度其次，重铬酸钾的反应速度最慢。因此在玻棒点燃酒精灯时，氧化还原反应速度，即反应动力学起了重要的作用，反应速度慢即使有浓硫酸的放热引发，反应也不能顺利进行，如重铬酸钾就是如此。
3.4 氧气的助燃
在玻棒点灯的实验中，能否顺利将酒精灯迅速点燃，还有一个重要的因素就是化学反应中是否有氧气的放出。如在实验中，我们不难发现能点燃酒精灯的几个化学反应中都有氧气放出。二氧化氯在室温下就能自发分解放出氧气，七氧化二锰在微热情况下也能分解放出氧及臭氧，而三氧化铬则需要在440K以上的温度下才能放出氧气。
综上所述，通过玻棒点灯的一系列化学实验研究的事实表明：氧化剂的氧化还原电位有较大差值是化学反应能否进行的条件之一，即热力学条件；氧化剂与酒精反应的动力学速度快与慢，是能否点燃酒精灯的反应条件之二，即动力学条件；浓硫酸与酒精或灯芯纤维作用放出足够的热量，使氧化还原反应发生，并进一步将酒精灯引燃，这是点燃酒精灯反应条件之三，即引发条件；在反应中有否氧气的放出可以看作点燃酒精灯的条件之四，即助燃条件。当这四个条件都得到满足时，玻棒点灯才能实现。