“二氧化碳灭烛实验”的简约化改进

2019-05-15杨宝权

化学教学 2019年4期

杨宝权

摘要：按教材“二氧化碳灭烛实验”方法实验，成功率较低。在分析其原因的基础上，参考已有文献上的改进成果，通过反复实践，对实验装置和实验方法作简约化再改进。利用原教材装置与改进后装置作对比实验，可以进一步优化教学过程。基于教学实践，对实验改进进行反思，并对教材内容提出意见和建议。

关键词：二氧化碳灭烛实验; 简约化; 实验改进; 对比实验

文章编号： 10056629（2019）4007803中图分类号： G633.8文献标识码： B

“二氧化碳灭烛实验”是二氧化碳性质的重要实验之一，通过实验学生可以了解二氧化碳密度比空气大、二氧化碳不燃烧、一般也不支持燃烧的性质。因此，本实验对帮助学生理解二氧化碳的性质具有重要意义，在目前国内使用的所有九年级化学教材中都有此实验内容。

1 存在的问题

人教版教科书多年来一直使用图1实验方案，沪教版教科书则采用玻璃片阻隔倾倒气体（图2），这两种方法异曲同工，存在相同的问题，例如操作要求高，会产生很多意外情况：实验时烛焰有可能无法熄灭，有的学生会因蜡烛燃烧释放的热量而烫伤;烛焰也有可能一起熄灭;甚至有可能高的先熄灭。总之，实验的成功率较低。

2 问题的原因分析

研究表明，人教版或沪教版实验方式成功率低的原因大致有以下几点：

（1）由于收集的二氧化碳气体不足，或者倾倒二氧化碳时过于谨慎，速度缓慢，往往只是火焰晃动几下就又正常燃烧了;

（2）由于二氧化碳倾倒位置过于靠前，使大部分二氧化碳气体先接触上方蜡烛，因此造成上面的蜡烛先熄灭;

（3）由于倾倒的速度过快，蜡烛熄灭的前后顺序不明显，看似同时熄灭;

（4）阶梯蜡烛放置的高度差较小，致使两支蜡烛熄灭的顺序不符合预期现象;

（5）蜡烛燃烧时的火焰较大，放出热量多，不仅使操作无法施展，同时也使附近气体对流增强，结果两支蜡烛都不熄灭，操作者也易被烧伤。

上述因素中既包括操作者的经验因素，也包括实验准备的细节，致使实验的重复性较差，不仅学生实验时成功率低，而且教师的演示实验也不能确保成功，许多教师每次做这个实验时都感到如履薄冰，大大影响了教学效果。

3 已有的改进成果

针对上述存在的问题及可能的原因分析，许多研究者提出了众多改进方案。虽然创新迭出，但概括起来可分为以下几种情况。

3.1 缩小容器的口部

教材中二氧化碳收集在集气瓶中，由于集气瓶口较大，在倾倒时二氧化碳大面积涌出，导致上面的蜡烛先熄灭或两支蜡烛同时熄灭等现象的发生。周云标、陈迪妹[1]利用矿泉水瓶来盛装二氧化碳气体（如图3a），由于矿泉水瓶的容积比集气瓶大，而瓶口比集气瓶瓶口小，这样不仅保证了二氧化碳充足的量，也使得二氧化碳在倾倒时不容易大量涌出，从而大大提高了实验的成功率;邓九皋[2]将原实验装置中集气瓶口的毛玻璃片改用橡胶塞，并将粗试管（25mm×20mm）截去2/3长，只留距管口1/3长，并插入橡胶塞中，同时插入一直角导气管至集气瓶底部，以便空气进入瓶的底部，有利于倒出二氧化碳（如图3b）;卢洪福[3]将两支蜡烛分别插入沙子中，使蜡烛高低不同，同时将二氧化碳收集在有一小孔的塑料瓶中（小孔事先用棉花堵住），实验时用镊子把棉花取走，再旋开瓶盖，二氧化碳就从小孔“流”出来（如图3c）。

3.2 改进倾倒方式

倾倒二氧化碳时，为使其能顺利地到达烧杯底部，许多一线教师在实验过程中增加了辅助用品，使烧杯分隔成两个区域——燃烧区与倾倒区，这也是目前该实验改进的主要方向。例如戴荣泽[4]使用了漏斗（如图4a），将收集满CO2气体的集气瓶（250mL规格），往漏斗中慢慢倒入CO2;肖利辉[5]在烧杯内一侧放l块玻璃片，再从烧杯的一侧缓缓将集气瓶中的二氧化碳倒入（如图4b）;陈勇[6]等则使用了宽背板的金属阶梯，并于板后倾倒二氧化碳（如图4c）;张莉[7]进一步突破烧杯中完成实验的思维限制，将生成的二氧化碳气体经过Y形导管，分别对准两支高低不同、燃烧着的蜡烛火焰（如图4d）。

3.3 改变蜡烛阶梯形态

蜡烛的阶梯放置是本实验成功的关键因素之一，因此有教师从改变蜡烛的放置方式着眼，简化实验操作，优化实验效果。例如，李娜[8]重新设计了实验装置（如图5a），实验时二氧化碳沿着导气槽进入实验装置底部;潘淑兰[9]等将高低蜡烛换成自制双头酒精灯（如图5b），解决了阶梯蜡烛高度差及火焰大小不能恒定的问题。

3.4 改变操作顺序

传统的操作是将二氧化碳倒入烧杯中，其中事先放置点燃着的高低蜡烛，大多数的实验改进也遵循着这样的操作顺序，然而卢洪福[10]突破固定思维，进行逆向操作：先把二氧化碳倾倒入烧杯中（见图6a），再把燃着的蜡烛伸入（见图6b）。

将已有该实验的改进与教科书中实验方法进行比较，不难看出其优劣所在。客观地讲，已有的改进实验装置虽然提高了實验的成功率，但有的装置存在结构复杂、操作繁琐、影响实验观察、不利于学生操作等不足，影响其推广使用;有的改进装置背离了教材中的实验意图，无法体现（强化）灭火中二氧化碳的全部性质，说服力不够，特别是改变操作的顺序引起较大的争议[11]。将上述成果进一步梳理，发现本实验成功的关键是避开火焰与二氧化碳的正面接触。由此，根据教材中的实验装置，笔者不断实践与总结，最终设计一种新的简约装置，通过对比优化教学的实验方案。

4 实验的再改进

4.1 实验用品

石灰石、稀盐酸、带导管的单孔橡皮塞、烧杯（250mL）一只、小蜡烛两支、铝制阶梯一副、粗铁丝（或钢丝）一根、集气瓶、火柴、玻璃片

4.2 实验装置

教材中蜡烛阶梯悬挂在烧杯壁上放置（如图7a），笔者现改为将蜡烛阶梯悬挂于粗铁丝上，然后将铁丝一端置于烧杯口处、另一端不断调整位置使蜡烛靠边放置（如图7b）。

4.3 实验操作

（1）由上至下依次点燃两支蜡烛，并将铝制阶梯挂在粗铁丝上，粗铁丝担搁在烧杯口部，一端置于烧杯口处，另一端调整位置最终使蜡烛靠烧杯的右边壁;

（2）用玻璃片蓋住集气瓶口部，留一小的出口，将集气瓶中二氧化碳沿烧杯的左边壁缓慢倒入烧杯中（如图8）。

为防止蜡烛火焰灼伤手部，集气瓶应侧向偏离火焰。

4.4 改进的优点

（1）本实验装置简约易行，在原有实验用品的基础上只需增加一根粗铁丝即可，还可以多次重复使用。

（2）既保留了教科书中实验装置设计简单、操作便捷、容易观察的优点，又大大提高了实验的成功率。