摘要： 用Y型管、香瓜瓜体、塑料滴管等设计装置进行爆鸣气体实验。用塑料滴管做电解反应的容器，大头针做电极，9V电池做直流电源电解氯化钠、氢氧化钠水溶液得到爆鸣气体;电解得到的气体在爆炸极限范围内，在塑料滴管尖端外点火，爆鸣实验效果明显，容易成功，且可避免在爆炸实验中玻璃仪器的破裂。与传统实验相比，新设计的实验现象更明显，还能观察电解氯化钠溶液时阳极的腐蚀及产生氢氧化亚铁沉淀等现象。
关键词： 气体爆鸣实验; 氢氯爆鸣; 氢氧爆鸣; 乙炔爆鸣; 微量化实验设计
文章编号： 10056629（2018）12007303中图分类号： G633.8文献标识码： B
“氢气在氯气中安静地燃烧，产生苍白色火焰”，这是工业制取氯化氢气体合成塔中的反应。“氢气可在氧气中安静地燃烧，也可以和氧气混合后发生爆炸反应，是一种爆炸极限很宽泛的气体”。混合燃烧（又称预混燃烧）是指可燃气体与空气（氧）在燃烧前混合，并形成一定浓度的可燃混合气体，被火源点燃所引起的燃烧。混合燃烧往往是爆炸式的燃烧，通常所说的气体爆炸就属混合燃烧[1]。化学课堂通过实验来落实氢气、氯气或氧气的性质，并强调安静燃烧、混合爆炸的条件控制和对化学反应条件的变量控制。教师应引导学生注重追求化学实验的简易、安全、绿色、趣味等特点。
气体的爆鸣实验，通过声音的刺激，让学生感受化学爆炸的剧烈程度，从而加强学生对实验安全操作的重视。课堂演示实验或学生分组实验要求效果鲜明，使爆炸反应有足够的威力，又必须做到绝对安全，不允许发生任何事故，因此很多化学教师做了不少实验探究。我们结合教学实践归纳列举三种方案如下。
1 在Y型管中发生氢气和氯气混合光照反应实验
实验装置如图1所示，实验步骤如下：
（1） 在Y型管两侧分别加入1克高锰酸钾和2克锌粒;
（2） 用胶头滴管先向装有高锰酸钾的管内注入适量（约1mL）浓盐酸;
（3） 再向有鋅粒的管内加入适量（约2mL）浓盐酸;
（4） 在Y型管的管口轻轻地塞一个橡皮塞或一团棉花;
（5） 在Y型管外10cm处点燃镁条或开闪光灯，就会发生爆鸣现象，橡皮塞或棉花被冲起来，管口有大量白雾（见图1）。
该实验的优点是当场制取两种气体，量小，爆鸣时却能发出尖锐的声音，效果明显。但缺点是，可能控制不好加酸的时机，高锰酸钾和盐酸反应生成氯气速度过快，不好控制产生气体的比例，有时只出现“噗”的一声。一次两次不成功，师生心理方面会产生惧怕进而放弃。
氢气在氯气中的爆炸极限是9.8%～52.8%。孟宪慧[2]老师曾做了两百多次平行实验，发现VH2∶VCl2=1∶2时，爆鸣成功率最高。若用大小不一的集气瓶事先收好体积比1∶2的氢气和氯气，实验时混合两瓶气体，用镁条燃烧的强烈白光引爆，实验成功率达90%。
2 在香瓜、柑橘等壳中发生乙炔和空气混合气体的爆鸣实验
在全国第十二届化学实验教学创新大赛[3]的比赛现场，江西南康市教育局教研室施明林老师设计的“小钢炮”足有半米长，直径8cm（见图2），小钢炮管身下部有个小孔用于点火，一端封闭，一端敞口用于加反应物和喷出火焰。施老师用乙炔和空气的混合气发生爆鸣，现场效果很震撼。
该设计的优点是： （1）气体当场制取，易得;（2）因为用的是不锈钢材料的设备，坚硬牢固，避免了师生担心用试管、集气瓶做此类爆炸实验引起玻璃破碎炸裂飞溅的事故;（3）钢管牢固安全，可以加大实验药品用量，效果更震撼。（4）乙炔在空气中爆炸极限是2.5%～81.0%，在容积较大的钢管中混合易形成爆鸣气体。
鉴于钢炮并不常见，需特意定做。笔者建议可以利用生活中的香瓜、西瓜、柑橘等壳体做反应容器（见图3）。
一个直径大约10cm的香瓜，把有蒂的一端割下当盖子，用电动搅拌器将瓜瓤搅碎倒出，注意不要将瓜壁搅穿，形成一个壳体，壳体中央钻一小孔用以点火。这个香瓜壳体容量500毫升左右，里面有少量水，加碳化钙3克左右，立即盖上盖子。大约20秒后，点火，壳内气体爆鸣，将盖子掀掉，声音响亮，并且壳内有熊熊烈焰，好像“愤怒的水果”。若电石质量大，可以盖上盖子，让火熄灭，过一会儿再点火，仍然可以爆鸣。
即便反应剧烈，却不用担心玻璃炸裂的安全问题，对学生、教师来讲都是安全可靠的，又能将生活中常见的废弃物进行有效利用。比较不同大小的水果，如柑橘、西瓜等，体积越大越易形成爆鸣气，因为里面空气多。体积小的柑橘，建议早点点火，否则空气被排出后形成较纯气体不易爆鸣。如果把香瓜镂空成不同形状，爆鸣时火焰喷出的景象就有不同的理解，丰富了实验的设计感。
3 电解氢氧化钠水溶液制氢氧混合气体并发生爆鸣实验
实验装置如图4所示，实验步骤如下[4]：
（1） 取多用途塑料滴管吸入氢氧化钠溶液;
（2） 将两根大头针从滴管插入溶液中，并连接9伏的电池（见图4），开始通电;
（3） 将肥皂泡涂在尖嘴端，可看到有气泡吹大，用火去点，并没有什么现象。说明刚开始排出的是管内本身的空气，不是爆鸣气;
（4） 再在管口涂抹肥皂液，继续用火去点气泡，当发现有轻微爆鸣声后，说明已产生爆鸣气了，但是是弱爆炸;接下去的一个气泡，往往就会发生尖锐的爆鸣，并且管口产生火焰（见图4）;
（5） 继续通电，涂抹肥皂液，又会出现气泡，但这种气泡点不着，持续几个气泡后，又出现尖锐爆鸣。说明一次爆鸣后，有空气进入滴管。
（6） 可反复多次进行爆鸣实验。
该实验的优点是： 用塑料滴管进行微量混合气体的爆鸣，所耗试剂微量化，不用担心炸裂;氢气在空气中的爆炸极限为4.0%～74.2%，换算成氢气在氧气中的爆炸极限为16.6%～93.2%，最高限和最低限都是弱爆炸，超出这个范围氢气就不会发生爆炸。爆炸最强烈是VH2∶VO2=2∶1时，即H2%=67%，因为电解水得到的两种气体体积比正好是2∶1，所以不用担心气体的比例问题。学生可以拿在手上完成这个实验，且可以反复多次。若将氢氧化钠的水溶液换成盐酸溶液，可以做氯气和氢气的光照爆鸣实验[5]。
如果是电解饱和氯化钠溶液，还会发现阳极的大头针发生腐蚀，电解了三个循环、产生三次爆鸣气体后，阳极大头针质量由0.0875克变为0.0564克，溶液中呈现绿色沉淀，应该是氢氧化亚铁转变为氢氧化铁的中间产物。既然铁锌合金的大头针在阳极发生了失去电子的氧化反应，那为什么又能得到氢气和氯气的爆鸣气体呢？这说明氯离子也在失去电子生成氯气，即铁的腐蚀和氯气的生成是兼容的。但是在电解氢氧化钠溶液时大头针同样充当阴阳两极，却没有发生明显的腐蚀现象，这是由于电解饱和氯化钠溶液时受到了氯离子效应的作用。所谓“氯离子效应”是指：“一些化学反应中氯离子对金属相所起的某些作用称为氯离子效应，在中学化学实验中涉及到氯离子效应的实验大致可分为三类，一为金属相表面发生的置换反应;二为金属相表面发生的吸氧腐蚀;三为能形成中心为金属离子（或原子）、氯离子为配离子的配合物的相关反应。[6]”
以上列举了笔者在一线教学实践中经常操作的几个爆鸣实验，认为第三个方案更便捷安全，成功率高。在玻璃、钢铁、塑料容器中进行实验并发生爆鸣，师生对塑料最为放心，塑料的韧性和柔软性使得实验虽然剧烈，但能保证爆鸣实验成功且安全，让学生心理上没有恐惧感而放心。而且能拿在手上做，这增加了实验的趣味性，加上该实验消耗试剂微量化，爆鸣规模也小，爆鸣成功率又高。建议一线教师可以动手一试并指导学生一起做该实验，共同感受爆鸣实验带来的乐趣和收获。
参考文献：
[1]王程杰.燃烧条件“3+1”[J].化学教学， 2016，（1）： 49～54.
[2]孟宪慧.氯气氢气混合气体爆鸣演示实验改进与研究[J].新职教， 2000，（1）： 41.
[3]施明林.可燃性气体爆炸实验创新设计[R].厦门： 中国教育学会化学教学专业委员会， 2015： 317～318.
[4]杜淑贤主编.动手学化学[M].上海： 上海教育出版社， 2015： 35.
[5]人民教育出版社编著.普通高中课程标准实验教科书·实验化学[M].北京： 人民教育出版社， 2005： 8.
[6]王程杰.关注氯离子效应在中学化学实验中的应用[J].化学教学， 2015，（11）： 53～58.