導語：趣味化學實驗“點火成蛇”研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:通過多年的實驗探究發現，趣味化學實驗“點火成蛇”，可以不用催化劑，直接點燃蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，就可以得到實驗結果。以前所說的“催化劑”，實際上只起了一個吸附酒精集中加熱反應物的作用，使實驗現象更加明顯，而對化學反應并沒有“催化”作用。建議普通實驗室用沙子或細黃土在鐵架臺底座上進行這個實驗。

關鍵詞:蔗糖;趣味化學實驗;催化劑

1問題的提出

趣味化學實驗“點火成蛇”也稱為“燃糖成蛇”［1］、“燒糖成蛇”［2］或“引蛇出洞”［3－4］，因使用藥品少、操作簡單、成功率高，深受化學教育工作者和學生喜愛，是各類化學教材最常選用的趣味實驗之一［5－6］，如有些學校開設的化學類選修課列入了本實驗［7－9］。實驗步驟是，用煙灰做催化劑［10］，先用火引燃蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，碳酸氫鈉受熱分解放出二氧化碳氣體，蔗糖形成黏性物質，伴隨著不易逸出的二氧化碳氣體，生成疏松彎曲的蛇狀物［11］。具體的實驗步驟如下：第1步：將3～4藥勺煙灰鋪在石棉網中間，用藥勺將它攤開呈淺“盤子”狀。第2步：稱取2g蔗糖，放在研缽內研細，再加入0．25g碳酸氫鈉，混合均勻。取出大約0．5g混合物，堆在淺“盤子”中間，盡量堆得高一些，頂部呈尖角狀。第3步：在混合物周圍的煙灰上滴加1滴管酒精，在無風處點火引燃酒精，并注意觀察。片刻后，錐狀物尖端上有疏松、彎曲的黑色蛇狀物慢慢伸出，并不斷伸長。主要的化學方程式如下：C12H22O11＋12O211H2O＋12CO2↑2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑反應原理是，蔗糖受熱發生燃燒、熔化、氧化、炭化等一系列化學反應，蔗糖氧化和碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳在熔化變黏稠的蔗糖內部不易逸出，隨著二氧化碳生成量的增多，頂著黏稠變軟的蔗糖不斷向外生長，形成“蛇”的形狀。在長期的實踐中我們覺得該實驗有2個問題要解決，（1）“是否必須加催化劑才能反應”，（2）“如何將蔗糖和碳酸氫鈉的混合物堆成錐形”。

2實驗設計

為了探究上述問題，我們設計了3個實驗。［實驗1］取一張新的石棉網，不加“催化劑”，在石棉網中間堆上蔗糖和碳酸氫鈉的干燥混合物粉末，盡量堆成圓錐體形。在混合物周圍滴加1滴管酒精，用火柴點燃，可以看到，先是酒精燃燒，然后引燃混合物，從混合物的頂部開始，出現黑色的蛇狀物，并不斷伸長，見圖1。［實驗2］取一藥勺已經研細混合均勻的混合物，用酒精濕潤（為了便于堆成圓錐體形又不影響實驗現象），后用手捏成比較尖的錐體形狀，輕輕置于石棉網上，不加“催化劑”。在石棉網中間的圓錐體混合物周圍滴加1滴管酒精，點燃，即可生成蛇狀物。見圖2。［實驗3］取一張石棉網，不加任何“催化劑”，將一粒葡萄糖酸鈣片分成4等份，取其中一份豎直放在新的石棉網上，周圍滴加1滴管酒精，引燃，可以看到仍然能生成蛇狀物，見圖3。

3結果分析

實驗1沒有用“催化劑”，混合物沒有濕潤，不易堆成較尖的錐體形，能生成蛇狀物，比較短。實驗2沒有用“催化劑”，混合物用適量的酒精濕潤，容易堆成較尖的錐體形，形成的蛇狀物稍長一些，效果較好。實驗3沒有用任何“催化劑”，加酒精后直接點燃，也容易生成蛇狀物（色白），但比較短，蛇狀物容易斷裂成幾段。上述3個實驗中，由于酒精向反應物周圍擴散，加熱點不集中，導致反應物后期受熱溫度不夠，混合物不能完全熔化，燃燒不夠充分，蛇狀物底部有一部分固體不能反應，需要多加幾次酒精才能反應徹底。分析3個實驗的結果，可以得出如下結論。（1）點火成蛇的實驗并不需要催化劑。按照有關資料，本實驗必須有催化劑才能反應，如認為“蔗糖不易燃燒，而促使其燃燒的關鍵是采用合適的催化劑”［2］。所用的催化劑一般有草木灰、香煙灰、金屬氧化物、活性炭、石墨粉和碳酸鎂等等［1］。根據催化劑的定義：如果把某種物質（可以是一種到幾種）加到化學反應系統中，可以改變反應的速率而本身在反應前后沒有數量上的變化，同時也沒有化學性質的改變，則這種物質稱為催化劑，這種作用稱為催化作用。能加快反應速率的稱為正催化劑，能減慢反應速率的稱為負催化劑或阻化劑。一般不特別說明，催化劑都是指正催化劑。催化劑能改變反應速率，是由于催化劑在反應過程中參與了反應，改變了反應歷程，顯著降低了反應活化能。可見，催化劑必須與反應物充分接觸，才能參加到化學反應系統中，才能起催化作用［12］。仔細觀察點火成蛇的實驗現象發現，不管采用哪一種“催化劑”，總是先從混合物的頂端開始出現蛇狀物，此時并沒有“催化劑”參與化學反應系統，與“催化劑”接觸的底部反應物沒有動靜；實驗的中間階段也沒有觀察到“催化劑”與反應物接觸部分有反應，只有混合物錐體的中部仍然有蛇狀物繼續生成；實驗的最后階段，也只是混合物中心部位的蔗糖繼續燃燒，而不是只有與“催化劑”接觸邊緣部分的混合物反應，即這些“催化劑”絕大多數均沒有與反應混合物完全接觸，沒有全部進入化學反應系統中，與“催化劑”接觸部分沒有觀察到加快反應速率的跡象，談不上催化作用。可見，“點火成蛇”的實驗并不需要催化劑來加快反應。（2）“催化劑”只起吸附酒精的作用。黃敏、丁偉的研究認為，“燃糖成‘蛇’”實驗中的化學反應發生在催化劑的表面上，催化劑的催化效果與其顆粒大小有關，顆粒越小，其比表面積越大，活性越高，對燃糖成“蛇”實驗的催化效果越好，結論是“活性炭、石墨粉和碳酸鎂的催化效果相對較好”［1］。葉燕珠等人的研究認為，氧化銅、氧化鈣、二氧化錳、氧化鎂、氧化鐵、四氧化三鐵、氧化鉛等金屬氧化物能促使蔗糖燃燒，是其中的一些金屬氧化物在起催化劑作用［13］。其實，這不是“催化劑”的催化結果，而是活性炭、石墨粉和碳酸鎂的顆粒細，表面積大，吸附酒精的能力強，能維持混合物周圍持續處于較高的反應溫度狀態，使反應更徹底，產生的“蛇”更長。所以，我們認為，所謂“催化劑”只起了一個作用：吸附足量的酒精，維持酒精集中在蔗糖混合物周圍集中燃燒，減少擴散和浪費，使反應進行得比較徹底。各類實驗教材上介紹的所謂催化劑，如煙灰、活性炭等，并沒有與所有的混合物都充分接觸，而催化劑不與反應物接觸是談不到催化作用的。（3）實驗前，用酒精濕潤混合物，可以方便地將混合物堆成比較尖的圓錐體的形狀，有利于生成細而長的蛇狀物。根據前面的分析，煙灰、活性炭等不是本實驗的“催化劑”，那么石棉網是否起了催化劑的作用？實驗中是否可以不用石棉網？仔細觀察實驗過程可以發現，石棉網具有一定的吸附酒精的能力，有助于反應的進行，但是有研究表明，石棉網在受熱時能釋放出納米尺寸的細小纖維到空氣中，會對師生健康造成傷害［14］，為了安全環保，設計了不用石棉網，改在鐵架臺的底座上進行的實驗4和實驗5。［實驗4］將細沙過80目篩子，棄去粗大的沙粒保留細沙。用水反復淘洗細沙，待水澄清、沙子干凈后在干凈的地面上攤開，晾干。收集裝瓶，備用。將上述晾干的細沙在鐵架臺的底座上鋪成直徑為2cm的小盤子狀，中間低、周圍高。沙子中間加入1滴管純酒精。取大約0．5g蔗糖和碳酸氫鈉的混合物，滴幾滴酒精潤濕，用手捏成比較尖的錐體形狀，輕輕置于盤子的中央。用火柴點燃酒精，很快生成蛇狀物，見圖4。沙子可以回收并反復使用。［實驗5］取一個鐵架臺，在底座上用研細的黃土鋪一個直徑約2cm的淺盤子形狀，周圍高、中間低，在中心位置滴加1滴管純酒精；用藥勺取大約0．5g提前研細混勻的蔗糖和碳酸氫鈉混合物粉末，加幾滴純酒精（98％）潤濕，立即用手指捏成比較尖的錐體形，下面大、上面小，小心豎直放置在鐵架臺底座上的“淺盤子”中間；迅速用火柴點燃酒精。很快混合物從頂端開始生成蛇狀物，待火焰熄滅后，在反應物周圍再補加2～3滴酒精，點燃，蛇狀物會長得更長，見圖5。細黃土可以回收并反復使用。實驗4和實驗5的結果證明，不用石棉網，完全可以獲得理想的實驗效果，所以，石棉網也不是本實驗的催化劑。考慮石棉網有毒性，本實驗放棄使用石棉網，改為置于鐵架臺底座上進行。那么，“點火成蛇”的趣味化學實驗使用哪一種材料吸附酒精最好？主要考慮材料對酒精的吸附力、價格、綠色環保等因素。實驗室不易找到草木灰、香煙灰等材料，用香煙灰做實驗也不利于對學生“戒煙”的宣傳，一般的實驗室里收集沙子和黃土比較方便，建議用沙子和細黃土做吸附劑完成本實驗，即推廣實驗4和實驗5的方案。

4結論

（1）點火成蛇的實驗并不需要“催化劑”，也可以不用石棉網。只要比表面積大、吸附酒精的能力較強、方便收集的材料，均可以用于本實驗。（2）用酒精濕潤混合物，可以方便地將混合物堆成比較尖的圓錐體的形狀，有利于生成細而長的蛇狀物。（3）普通的化學實驗室或農村中小學，可以用河里的沙子或普通的細黃土完成本實驗。（4）由于石棉網中的石棉有毒性，可以引起石棉肺、胸膜間皮瘤等疾病，一些國家已經禁止使用，所以，點火成蛇的實驗在鐵架臺底座上做，更加環保，有利于實驗者的健康。

參考文獻

［1］黃敏，丁偉．化學教學，2017（12）：52－53，57

［2］宋曉鋒．中學化學教學參考，2017（4）：56

［3］劉曉．趣味化學實驗的運用研究．伊寧：伊犁師范大學碩士學位論文，2019：6

［4］曹廣雪．化學教育，2014，35（1）：70－71

［5］雋桂才．化學教學，1992（2）：26－27

［6］李梅．化學實驗與生活———從實驗中了解化學．2版．北京：化學工業出版社，2009：146

［7］林洪，陳貴新．實驗教學與儀器，2015，32（5）：19－21

［8］汪文翔，孫穎．化學教育，2009，30（2）：23－26

［9］馮霞．重慶第二師范學院學報，2013，26（3）：118－120

［10］焦園妹，丁偉．中學化學教學參考，2011（7）：47－48

［11］徐中華．師范教育，1991（5）：32

［12］傅獻彩，沈文霞，姚天揚，等．物理化學（下冊）．5版．北京：高等教育出版社，2006：283，286

［13］葉燕珠，吳新建，張賢金，等．化學教學，2015（1）：52－55

［14］李晶．化學教育，2016，37（22）：33－35

作者:王都留 燕翔 張少飛 楊建東 單位:隴南師范高等專科學校農林技術學院