汪瀅瀅 葛宇超

摘要：通過自制煙花，進(jìn)行學(xué)生小課題的研究，引導(dǎo)學(xué)生基于氧化還原的本質(zhì)，以黑火藥的配制為基礎(chǔ)一步一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑，最終期望得到效果較佳的自制煙花。在這個過程中，讓學(xué)生真正走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程，感知化學(xué)的魅力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：氧化還原;黑火藥;煙花

文章編號：1008-0546（2019）03-0089-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.03.029

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》倡導(dǎo)教師要重視培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，教師不僅應(yīng)關(guān)注學(xué)生知識與技能方面的獲得，更重要的是需要創(chuàng)設(shè)一個真實(shí)的、合適的、有價值的實(shí)際問題，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過程，并進(jìn)一步使學(xué)生的社會責(zé)任感、價值觀得到全面提升，側(cè)重學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。高中化學(xué)核心素養(yǎng)力求讓高中生具有宏觀觀察與微觀探索、科學(xué)精神與社會責(zé)任等能力，將已有知識轉(zhuǎn)化為能夠解決學(xué)習(xí)、生活中相關(guān)問題的能力。所以作為教師，我們必須立足教材，并充分整合學(xué)科內(nèi)容，通過一定方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、合作探究的能力。

氧化還原的知識是滬教版化學(xué)高一教材上冊第二章的內(nèi)容，這一內(nèi)容是認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)、分析化學(xué)變化的重要視角，它從電子層面揭示了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，在生活生產(chǎn)中有著十分重要的作用。在教學(xué)中，教師不僅應(yīng)幫助學(xué)生建立有關(guān)氧化還原反應(yīng)的知識體系，還要進(jìn)一步讓學(xué)生感受氧化還原在生活生產(chǎn)上的重要應(yīng)用，提升對化學(xué)知識應(yīng)用價值的認(rèn)識，形成對立統(tǒng)一的哲學(xué)觀念。故在講解好該內(nèi)容后，教師可帶領(lǐng)學(xué)生走出課堂，在課外開展與其相關(guān)的研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自己動手做實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步感知氧化還原的魅力。

一、原始實(shí)驗(yàn)

黑火藥的成分配比從古至今變化不大，研究小組成員在第一次制作黑火藥實(shí)驗(yàn)時，按照該反應(yīng)方程式中各試劑的物質(zhì)的量之比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，S、KNO3和C的質(zhì)量比大致為2：15：3。將各物質(zhì)按比例稱量好后混合均勻，取適量在空曠場地點(diǎn)燃即可。

在首次實(shí)驗(yàn)中，由于黑火藥燃燒時有K2S產(chǎn)生，往往會釋放出很多濃黑煙，影響整體實(shí)驗(yàn)效果的美感。同時木炭品種不同，效果相差較大，只有極細(xì)的粉末在混合后效果較佳。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

那如何才能減少K2s的生成，改善燃燒時的濃煙，同時減小木炭對實(shí)驗(yàn)效果的影響呢？在這樣的問題驅(qū)動下，小組成員開始進(jìn)一步查閱資料，進(jìn)行改進(jìn)煙花原料配比的研究。同學(xué)們發(fā)現(xiàn)KMnO4作為一種強(qiáng)氧化劑也可以代替反應(yīng)中的KNO3，KMnO4在燃燒時同樣可以放出O2，提供其他還原劑燃燒所需的O2。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)用蔗糖代替木炭進(jìn)行燃燒效果也較佳，這樣可減少木炭種類、純度、顆粒大小對整體實(shí)驗(yàn)的影響。KMn04用量的選擇上以能夠讓蔗糖完全燃燒所需O2的量為準(zhǔn)。通過計(jì)算，KMnO4與蔗糖的質(zhì)量比大致為11：1。將KMnO4與蔗糖按比例混合均勻后加入塑料吸管中，點(diǎn)燃混合物上端即可。

第二次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程中的燃燒現(xiàn)象與之前大致相似，但試劑的用量已減少，大大降低了實(shí)驗(yàn)成本，但燃燒時的現(xiàn)象與煙花還有一些差距，例如沒有耀眼光亮、沒有特殊顏色等。同學(xué)們回顧初中的知識后想到鎂條燃燒時可發(fā)出耀眼白光，在接下來的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步加入適量鎂粉后點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)燃燒時光亮已非常明顯。

在這幾次實(shí)驗(yàn)中，研究小組成員都是直接接觸混合物進(jìn)行點(diǎn)燃，燃燒后需迅速移開雙手，否則會造成較大傷害。基于這一問題，參考爆竹引線的結(jié)構(gòu)，研究小組成員也自制了浸有KCIO3溶液的脫脂棉，揉成長條形，插入混合物中。在實(shí)驗(yàn)時，只需點(diǎn)燃脫脂棉即可，也給同學(xué)留出了充足的遠(yuǎn)離時間。

最后同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，KCIO3與蔗糖的質(zhì)量比大致為3：1，并與適量鎂粉混合，用浸有KCIO3溶液的脫脂棉做引線，可得到效果較好的煙花實(shí)驗(yàn)。

三、拓展實(shí)驗(yàn)

在進(jìn)行該小課題研究時，筆者對研究小組的同學(xué)提出進(jìn)一步要求，希望他們在此煙花的基礎(chǔ)上增加豐富的顏色。小組成員利用焰色反應(yīng)原理圓滿完成了該任務(wù)，在已有實(shí)驗(yàn)試劑基礎(chǔ)上加入不同的金屬化合物，可呈現(xiàn)出特征的顏色效果。

四、學(xué)生感想

須同學(xué)：這次研究性學(xué)習(xí)讓我認(rèn)識到，在做實(shí)驗(yàn)前，一定要將書本上最基礎(chǔ)的內(nèi)容掌握，這是做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的根本，否則連實(shí)驗(yàn)原理都不清楚的話，就更沒辦法理解不同物質(zhì)配比產(chǎn)生的現(xiàn)象了。

賈同學(xué)：通過這次自制煙花的實(shí)驗(yàn)，使我學(xué)到了不少實(shí)用的知識，也通過查閱資料和親自做實(shí)驗(yàn)了解到了火藥、焰火的原理，同時在煙花燃放過程中會產(chǎn)生大量氣體，有時也會產(chǎn)生污染空氣的氣體和粉塵，所以我們還是要盡量減少煙花爆竹的燃放。

胡同學(xué)：在本次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)中，我學(xué)到了很多書本上沒有的知識，提升了我的動手能力，也培養(yǎng)了我與同學(xué)們共同完成任務(wù)的團(tuán)隊(duì)合作能力，尤其是寫實(shí)驗(yàn)報告時，一定要實(shí)事求是地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和描述現(xiàn)象。

江同學(xué)：通過這次的研究性學(xué)習(xí)，我不僅對關(guān)于氧化還原的理論知識有了更深入的了解，對實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)際操作也掌握了許多。希望今后老師們可以開展更多的類似這樣有趣、有意義的實(shí)驗(yàn)，可以讓我們得到更多更好的鍛煉。

五、補(bǔ)充說明

1.在該反應(yīng)中，KcIO2的含量要足量或稍過量，才能使得燃燒反應(yīng)完全而釋放出高熱量。

2.KCIO3屬強(qiáng)氧化劑，受撞擊即猛烈爆炸，故取用和混合試劑時須小心，不可用力研磨和混合。

3.在將實(shí)驗(yàn)藥品加入塑料吸管時，應(yīng)盡量壓實(shí)藥品。

4.該實(shí)驗(yàn)較危險，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時務(wù)必注意安全，亦須通風(fēng)。