木炭在氧气中燃烧

实验基本信息

• 实验目的：
  1. 观察木炭在空气与纯氧中燃烧的不同现象，理解反应物浓度对反应剧烈程度的影响。
  2. 探究木炭燃烧的生成物，加深对氧气化学性质（助燃性）的认识。
• 主要器材与药品：集气瓶（装有纯净氧气，盖有玻璃片）、木炭、坩埚钳、酒精灯、火柴、澄清石灰水。
• 反应原理：碳与氧气在点燃条件下反应生成二氧化碳。 $\text{C(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \xrightarrow{\text{点燃}} \text{CO}_2\text{(g)}$

实验操作演示

在开始具体的实验步骤前，可以通过以下直观的实验视频，完整了解木炭在氧气中燃烧的实际操作流程与反应现象：

实验步骤

1. 准备并引燃木炭： 用坩埚钳夹取一小块木炭，置于酒精灯的外焰上加热。加热时需不时移动木炭，使其均匀受热，直至木炭被烧至红热。
2. 送入集气瓶： 将夹有红热木炭的坩埚钳由瓶口向下缓慢、以螺旋状伸入盛有氧气的集气瓶中。

   ⚠️ 核心注意：切勿快速直接插到底部。否则反应放出的热量会使瓶内气体急剧膨胀，将未反应的氧气排出，导致燃烧中断或现象不明显。

3. 观察燃烧现象： 观察木炭在纯氧中燃烧的特征（发光颜色、是否有火焰、放热情况），直至燃烧停止。
4. 检验生成物： 待集气瓶冷却至室温后，揭开玻璃片缝隙，快速往集气瓶中倒入少量澄清石灰水，立即盖紧玻璃片并振荡，观察石灰水的变化。

实验现象与对比

通过对比木炭在“空气”与“纯氧”中的燃烧表现，可以直观感受到反应物浓度对反应的影响：

反应环境	燃烧现象	产物检验（振荡石灰水）	实验结论
在空气中	木炭红热，无烟、无火焰，持续放热。	澄清石灰水变浑浊。	碳与氧气反应生成了二氧化碳。
在氧气中	剧烈燃烧，发出白光，无烟、无火焰，放出大量热。	澄清石灰水变浑浊（浑浊程度更明显）。	氧气具有助燃性；接触面积与氧气浓度越大，燃烧越剧烈。

💡 深入思考（浑浊的本质）：澄清石灰水变浑浊是因为二氧化碳与氢氧化钙反应，生成了不溶于水的白色沉淀碳酸钙： $\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3\downarrow + \text{H}_2\text{O}$

实验注意事项

1. 木炭夹持细节：坩埚钳夹持木炭时，力度要适中。夹得太紧易使木炭粉碎坠落；夹得太松则易在移入集气瓶时滑落，砸裂瓶底。
2. 缓慢伸入的技巧：向集气瓶中伸入坩埚钳时，应自上而下、缓慢移动。这样能让木炭充分利用集气瓶上部的氧气，使燃烧时间更长，现象更易于观察。
3. 瓶壁防裂保护：虽然木炭燃烧不像铁丝燃烧那样会产生高温熔融物（不强制在瓶底铺沙或加水），但燃烧时仍会放出大量热。操作时坩埚钳必须居中，切勿让红热的木炭触碰到集气瓶的玻璃内壁，以防集气瓶受热不均而炸裂。