CO2熄灭蜡烛火焰实验的再改进

2017-07-13陈勇周良建

化学教学 2017年6期

陈勇+周良建

摘要：在已有参考文献介绍的“通入法”和“隔离法”改进装置的基础上，对二氧化碳熄灭蜡烛火焰的实验装置作了进一步的优化改进。所得新装置具有构思巧妙、装置简单、操作简便、现象明显、实验成功率高等特点。探究还发现，若用干冰代替二氧化碳气体进行实验，则实验现象更加直观生动，实验效果明显提高。

关键词：二氧化碳；熄灭蜡烛；装置设计；实验改进

文章编号：1005–6629（2017）6–0068–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 实验改进目的

1.1 概述及问题提出

“二氧化碳熄灭蜡烛火焰实验”在初中化学各种版本教科书[1～4]中均有出现，它对于帮助学生认识“通常情况下，二氧化碳密度比空气大，不能燃烧，也不支持燃烧的性质”有着直观的诠释。但在实验过程中，操作稍有不慎则会出现蜡烛不熄灭、上层蜡烛先熄灭或两支蜡烛同时熄灭等情况。为此，很多教师选择播放视频，甚至讲解实验。让原本直观、生动、真实的学习场景无法呈现。

1.2 已有改进装置

仔细分析同行们对该实验进行的改进，发现实验装置大致分为以下两类：

（1）以邓九皋[5]，门波[6]，谢丹敏[7]为代表的“通入法”改进装置（图1）；

（2）以李静芬[8]，李娜[9]，赵映荷[10]，周云标[11]，张道飞[12]，张明华[13]为代表的“隔离法”改进装置（图2）。

两种类型方案各有优点，其共同目的都是防止二氧化碳先与上层蜡烛接触。

1.3 对比方案，优化整合再改进

将教科书中该实验装置与已有改进装置进行比较，不难看出教科书中实验装置设计简单、操作便捷、容易观察，但实验成功率较低；已有改进实验装置虽然提高了实验的成功率，但部分装置还存在结构复杂、操作繁琐、影响实验观察、不利于学生操作等不足。因此，将教科书实验装置与已有改进装置进行优化整合，边改进、边实验验证、边总结便成为将该实验进行再改进的总体思路。

对已有改进装置进行实际操作和研究后发现，“通入法”改进装置的优点在于二氧化碳通过导管进入烧杯时气流稳定，且受外界空气流动影响较小，有利于二氧化碳气体快速进入烧杯底部促进实验成功。“隔离法”改进装置的优点则是通过利用器材有效阻隔二氧化碳与上层蜡烛先接触，从而达到实验的预期效果。利用上述装置的优点，并汲取相关文献[14～17]中关于该实验的长处，对该实验装置再次进行优化改进，经过实践总结，多次反复，最终得到具有如下优点的新装置。

2 再改进的实验装置制作

2.1 實验用品

石灰石、稀盐酸、0.2mm厚金属铝片、打孔器、蜡烛、火柴、250mL集气瓶（1个）、500mL烧杯（1个）、玻璃片（以上实验用品均在实验室中可找到）

2.2 实验装置

实验装置由“宽背板”金属阶梯（以下简称“金属阶梯”）和烧杯两部分组成。金属阶梯放入烧杯，a、b两侧与烧杯壁紧贴，c处与烧杯另一侧底部和杯壁接触（见图3）。此时，烧杯内分成A、B两个区域（见图4），点燃蜡烛后烧杯中A“冷”、B“热”，B区空气受热迅速上升，造成A区冷空气迅速下降形成空气流动，便于A区倒入的二氧化碳迅速通过阶梯下方悬空区域对下层蜡烛形成“合围”促使其先熄灭，最终使蜡烛由下至上依次熄灭。

2.3 “金属阶梯”制作

金属阶梯通常使用0.2mm厚的金属铝板制成，根据图5所示将金属板裁切为横向“甲”字形，长×宽比例与烧杯大小关系如图5、图6所示，图5中“K”长度略大于所用烧杯高度，“P”为阶梯高度差；利用打孔器在阶梯位置中部开孔，孔径略小于蜡烛直径，便于将蜡烛旋转插入小孔并固定；最后按虚线折叠呈阶梯状，即可一次成型长期使用。

3 装置的优点

3.1 装置简单，操作简便

经过再改进的实验装置具有“器材少、操作少、失误少”的优点。整个装置所用仪器仅三部分，即：金属阶梯（带蜡烛）、烧杯和集气瓶。装置中蜡烛固定在金属阶梯小孔上，避免了实验过程中蜡烛意外掉落。操作时取下集气瓶口玻璃片，将二氧化碳从烧杯A区倒入而不影响实验结果。

对二氧化碳倾倒快慢是否影响实验结果的研究中发现，正常倾倒（略有快慢）的过程中使用该装置对实验结果不造成影响（见表1）。

3.2 师生可用，成功率高

通过多次实验验证，该装置不仅适合教师在课堂中演示，更适用于学生分组实验。近两年，我校28个教学班使用该装置进行课堂演示和学生分组实验，成功率均为100%。

在对该装置点燃蜡烛后以不同速度倒入二氧化碳进行实验观察记录中发现（见表2），2min内倒入二氧化碳，实验成功率均为100%，有效避免了因蜡烛点燃时间过长，烧杯内热空气上升，无法倒入二氧化碳气体造成实验失败的情况。

3.3 巧用干冰，现象直观生动

若将干冰放入集气瓶中，利用升华吸热产生呈“白雾”状的二氧化碳气体倒入烧杯，可“勾画”出二氧化碳进入装置的整个过程，使实验现象直观生动，更加利于学生理解二氧化碳的相关性质。通过增加该实验，让学生对集气瓶内产生“白雾”现象进行观察，并触摸瓶壁，便于学生认识干冰的性质及用途，有效填补了教材中对干冰用途介绍仅有文字描述和图片展示的空白。

化學实验的改进与优化是化学教师探讨的永恒话题，让实验装置更简单、实验操作更方便、实验现象更直观、实验结果更可靠势必成为我们永远追寻的目标。

参考文献：

[1]人民教育出版社编著.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012：119.

[2]中学化学国家课程标准研制组编著.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2012：42～44.

[3]江琳才，钱扬义.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：科学出版社，广州：广东教育出版社，2012：135～136.

[4]北京市仁爱教育研究所编著.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：科学普及出版社，2012：96～99.

[5]邓九皋.二氧化碳熄灭阶梯烛火实验的改进[J].化学教育，1994，（8）：34～35.

[6]门波.小小雪碧瓶引领大课堂——基于学生探究能力培养的“二氧化碳的性质”教学设计与反思[J].中学化学教学参考，2011，（9）：26～29.

[7]谢丹敏，杨玉琴.二氧化碳制取与系列性质实验装置的设计[J].化学教学，2016，（1）：64～66.

[8]李静芬.二氧化碳熄灭蜡烛火焰演示实验的改进[J].化学教育，1997，（12）：13.

[9]李娜.倾倒二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的改进[J].化学教育，2014，35（5）：70～72.

[10]赵映荷.激活演示实验教学提高探究学习效率——以二氧化碳性质的实验教学为例[J].化学教育，2012，33（3）：55～58.