粉尘爆炸实验改进

我国著名化学家戴安邦先生曾经说过：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”化学实验特有的生动性，会使初学化学的初中学生很感兴趣。兴趣是学习能力的源泉，是影响学生学习自觉性、积极性和持久性的直接因素，更是创造性学习的必要条件。因此，在教学中有意识地激发学生兴趣十分必要，只有在教学中重视对学生兴趣的培养，充分调动学生的学习积极性，才能激发学生的学习兴趣和求知欲，发展学生的智力，培养学生创造性思维和解决实际问题的能力。

化学教学本身并不只是传授给学生一些初步的化学概念和规律，而是通过一系列有效的教育教学手段，全面提高学生的智能，使他们能够掌握和运用一些化学原理和实验手段，学会科学研究的基本方法。但长期以来，化学教学中的实验往往变成一种形式，失去它的探究功能，沦为知识灌输的附庸或点缀，严重影响学生学习的质量和积极性。许多教师甚至取消部分课堂实验，而用口述等方法讲解。出现这种情况的原因通常是：1）演示实验不易做成功，达不到预期效果；2）实验耗时长，过多占用课堂时间，影响教学计划。但这将影响课堂效果，学生不能直观地获得知识，而仅仅通过教师讲授来学习。为此，笔者以“燃料及其应用”一课中的“可燃性粉尘的爆炸实验”为例，进行一系列的实验，探究改进方法，使实验更简易，成功率更高。

粉尘爆炸是可燃性粉尘在空气中浮游，当一种火源给予一定的能量后发生的爆炸。在现实生活中，粉尘爆炸是化工、煤炭、冶金、木器加工等行业最常见的安全隐患。粉尘爆炸具有规模大且易发生二次爆炸的特点，所释放的能量比一般可燃气体和液体蒸汽要大很多，事故导致的人员伤亡和财产损失极为严重。

从20世纪80年代至今，美国发生了近300起的粉尘爆炸，造成100多人死亡。其中，2008年美国皇家糖厂由于对输送设备没有进行合理的设计和维护，导致粉尘从生产工艺设备逸出到车间工作区域而发生粉尘爆炸，造成13人死亡，40人受伤[1]。近几年来，随着生产规模的不断扩大，粉尘爆炸事故呈多发趋势。我国每年粉尘发生局部爆炸150～300起，系统爆炸1～3起，且呈增长趋势。2010年秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司发生的玉米淀粉粉尘爆炸事故，造成19人死亡、49人受伤，是我国粮食行业最为严重的粉尘爆炸事故。粉尘爆炸的危险性研究能进一步提高人们的安全意识，对于预防粉尘爆炸事故具有重要的意义[2]。因此，非常有必要课堂演示该实验，对学生进行教育。

可燃性粉尘的爆炸实验是为了探究可燃性粉尘的爆炸原理并对学生进行安全教育，但这个实验按照教材所述步骤难以看到爆炸现象。

发生粉尘爆炸的条件：1）粉尘本身具有可燃性；2）粉尘具有相当大的比表面积；3）粉尘悬浮在空气中，与空气混合形成爆炸极限范围内的混合物；4）有足够的点火能量[3]。

1）粉尘浓度影响爆炸效果。经过多次试验发现，该实验宜选用颗粒较细并干燥的粉尘，因此需将面粉在研钵内进一步研细，并在实验前烘干。

2）密闭空间内氧含量影响爆炸效果。粉尘云气象中的氧浓度的增加，会使爆炸的程度及感度增加[4]。因此，在实验前要使密闭空间内有空气。特别是连续实验时，要防止前面的实验耗尽密闭空间内的氧气。

3）实验改进。

①实验用品：食用油空瓶（5 L）、蜡烛（1 cm）、面粉、橡皮筋、塑料保鲜膜。

②实验装置，如图1所示。

③实验步骤：把研细烘干后的面粉装入洁净干燥的空瓶内；用塑料保鲜膜蒙住瓶口，再用橡皮筋缠绕固定好；在瓶盖内侧滴上蜡油，再把大约1 cm长的蜡烛黏在瓶盖内侧；用力摇匀瓶内面粉，使瓶内充满浮游的粉尘；快速把燃烧着的蜡烛瓶盖盖在瓶口，在此过程中利用蜡烛火焰燃烧塑料保鲜膜，使粘有蜡烛的瓶盖能盖住瓶口，造成密闭空间即可，不必旋紧（注意此步骤要快速地完成）；观察实验现象。

④结论：利用该方法做实验，成功率高，能观察到明显的爆炸现象。

参考文献

[1]李飞,李炳泉,张杰.粉尘爆炸:工业火灾的元凶[J].新安全:东方消防,2009,30(7):46-49.

[2]苑春苗,王丽茸,陈宝智.1.2 L Harttman管式与20 L球型爆炸测试装置爆炸猛度实验研究[J].中国安全生产科学技术,2008,4(1):108-111.

[3]蒋耀庭.粉尘爆炸与爆炸危险度评价[J].海军航空工程学院学报,2005(6):693-696.

[4]高存文,王晶禹.密闭容器中粉尘爆炸发展的影响因素分析[J].科技情报开发与经济,2002,12(1):118.