采用自制教具演示“二氧化碳熄灭蜡烛”实验

摘要：按照教材所述进行“二氧化碳熄灭蜡烛”实验，实验成功率较低。为此在对已有自制教具进行实践分析基础上，经过不断实践与优化，最终制作了玻璃盒教具，可以取得非常好的实验效果。并积极思考，以加深对自制教具的认识。

关键词：自制教具；二氧化碳；熄灭蜡烛

文章编号：1008-0546（2021）12-0085-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.021

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划课题“初中化学学科关键能力达成的路径研究”（编号：E-b/2020/21）的阶段性成果。

一、问题的提出

“二氧化碳熄灭蜡烛”实验是初中化学二氧化碳性质实验中的重要实验之一，也是经典实验之一。人教版九年级化学上册117页实验6-3提出：“将二氧化碳气体慢慢倒入烧杯中，观察现象并分析”（装置如图1所示）。希望学生能观察到“下面蜡烛先熄灭，上面蜡烛后熄灭”现象，分析得出“二氧化碳密度比空气大、不能燃烧也不支持燃烧”的性质。然而实验时却会出现很多意外现象，例如：（1）蜡烛没有任何变化；（2）蜡烛火焰摇晃了几下，然后又正常燃烧；（3）上面蜡烛先熄灭，下面蜡烛后熄灭；（4）上面蜡烛熄灭了，下面蜡烛不熄灭；（5）两只蜡烛几乎同时熄灭。总之，该实验成功率较低，简直成了疑难实验。究其原因，可能有实验者的操作经验问题，可能有实验准备的细节问题（如蜡烛高度差较小等），还可能有装置本身的问题（如烧杯口径较小，不易操作）等等。为此，笔者就想自制一个简易教具，来降低该实验操作要求，使实验现象明显、性能稳定（无论实验者是否有经验都能获得实验成功）、安全可靠（不烫手），适合课堂演示的同时也适合分组实验，彻底解决“提心吊胆、如履薄冰”做该实验的状况。

二、已有的自制教具

针对以上问题，以“二氧化碳熄灭蜡烛”“倾倒二氧化碳”等关键词分别在百度学术、中国知网上进行检索，发现了很多改进方案，创新跌出，令人回味。笔者对这些改进方案进行梳理分析，概括起来可分为5种类别[1]：漏斗倾倒法、空间隔离法、导管通气法、凹槽倾倒法、顺序颠倒法。其中也不乏有一些自制教具，令人印象深刻。

例如李娜的“倾倒二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的改进”[2]，见图2。该自制装置由木质部分和玻璃槽部分组成，其中玻璃槽比木槽高1 cm，实验时将二氧化碳从左侧较宽的通气口倾倒，可以观察到底部蜡烛依次熄灭。通过该自制教具，二氧化碳由下而上流通，避免了由于实验操作不当而造成蜡烛熄灭顺序不对或者不易熄灭的情况。然而在自制木质凹槽时遇到了一些困难，耗时耗工，不易制作；同时实验需要较多的二氧化碳气体才能使蜡烛全部熄灭。

又如赵雅萍和魏锐的“基于便捷理念的二氧化碳的制取及性质实验一体化设计”[3]，见图3。自制凹形塑料阶梯（或硬纸质阶梯），等距离放置圆饼形蜡烛，点燃，从顶端倾倒二氧化碳气体，观察现象。该自制教具虽然简单易制作，但是实验效果并不理想，易受环境气流影响，经常只有最上面的一只蜡烛熄灭，如果想要获得更好的实验效果，需要准备大量的二氧化碳气体才行。

徐掌印的“二氧化碳性质实验的创新设计”[4]，见图4。利用塑料瓶和棒棒冰塑料袋自制实验装置，将二氧化碳的多个实验进行一体化设计，提高了实验效率。该自制教具材料廉价易得，但在制作时，如何将进气孔和出气孔密封好存在一些困难；同时该实验改进抛弃了“倾倒气体”操作，改用导管直接通气体，致使原实验设计的教学功能得不到体现，实属遗憾；并且实验时，高蜡烛很难熄灭，实验用时较长。

周德富和雷开义的“废物利用，改进二氧化碳的灭火实验”[5]，见图5。利用去底的塑料瓶、橡胶塞和导管自制“简易漏斗”，希望二氧化碳气体通过“简易漏斗”流入到烧杯底部，从而实现下面蜡烛先熄灭的现象。然而一般实验室拥有的导管直径都比较小，不利于二氧化碳气体向下流动，导致实验效果非常差，只能偶尔看到下面蜡烛火焰稍微变弱。

立足于教材的原型实验，保留倾倒二氧化碳气体的操作，吸取已有自制教具的优缺点，取长补短，不断实践与完善，最终制作了如下自制教具，可以非常好地完成“二氧化碳熄灭蜡烛”实验。

三、笔者的自制教具

1.实验用品

厚度为0.3 cm的普通玻璃（或实验室电解槽）、玻璃刀、胶带、透明玻璃胶、打磨石、铁质阶梯、蜡烛、二氧化碳气体等。

2.实验装置

实验装置由铁质阶梯和玻璃盒（见图6所示）组成。在玻璃盒（上面敞口）中放有下端有孔的隔板，将玻璃盒分为燃烧区和倾倒区，将气体从倾倒区倒入，气体通过隔板下的孔进入燃烧区，最终实现蜡烛由下而上地熄灭。

3.制作教具

（1）用玻璃刀裁取一块长11.5 cm、宽9.7 cm的玻璃做教具的底面；

（2）裁取长11.5 cm、宽10.4 cm两块玻璃做教具的前后面；再裁三块长10.4 cm、宽9.0 cm的玻璃片；

（3）將其中一块（长10.4 cm、宽9.0 cm）玻璃片（在9.0 cm边）用玻璃刀裁去一个小缺口（如笔者的是半径为2 cm的半圆），将此玻璃片作为自制教具的隔板；再取相同一块玻璃片同样裁去一个缺口（如半径约为3 cm的半圆），将此作为右侧面；分别用打磨石对玻璃进行磨边处理；

（4）用宽胶带在外围先将玻璃片粘结成图7-a形状，其中隔板与左侧相距6.8 cm，最右侧玻璃片大约倾斜75°，然后用透明玻璃胶打在玻璃接口（内侧），放置24小时，使玻璃彻底粘结在一起；

（5）取一块寬1.6 cm、长17.7 cm的铁皮，弯曲成可以放两只蜡烛的阶梯，如图7-a中所示。

4.制作说明

（1）以上尺寸均为笔者制作所用尺寸，并不是标准，可以适当增大或缩小；

（2）玻璃边缘一定要进行打磨处理，确保安全，防止划伤手；裁玻璃等操作可以请玻璃店专业人员帮忙；

（3）最右侧玻璃片划去一个缺口（半径为3cm的半圆）并倾斜约75°，是为了便于倾倒气体，同时缩小右侧倾倒区的容积，使更多的气体流到左侧燃烧区，使现象更明显，气体用量更少；

（4）也可以用实验室电镀盒（亚克力材质）来制作，方法相同，步骤更少更简单，教具如图7-b所示。

5.实验操作

（1）取一只250 mL（或125 mL）的集气瓶，用排空气法收集二氧化碳气体，备用；

（2）将两支短蜡烛固定在铁质阶梯上，点燃，放入左侧“燃烧区”中间；

（3）向右侧“倾倒区”内倾倒二氧化碳气体（如图8所示），可以非常明显地观察到下面蜡烛先熄灭，上面蜡烛后熄灭；

（4）当蜡烛熄灭后，可向玻璃盒内伸入燃着的木条，观察到木条熄灭，也可分析出二氧化碳具有的性质（突破固定思维，进行逆向操作，激发学习兴趣和创新意识）。

6.教具优点

（1）立足教材，服务教学。本自制教具立足于化学教材，保留倾倒二氧化碳实验操作，回归教学的起点，回归课本，符合科学知识和科学过程相统一的原则，可激发学生学习兴趣和创新意识，发展探究能力和理性思维，能很好地服务实验教学。

（2）装置简单，经济实用。本自制教具取材容易（街上玻璃店或实验室），结构简单，造价低廉（玻璃材料与人工共20元，用亚克力电解槽5元），外形简洁，便于自制。

（3）操作简便，现象明显。自制教具完美地继承了教科书设计简约、容易观察的优点，同时降低了操作要求，性能稳定（无论实验者是否有经验都能获得实验成功），安全可靠，一次制作可长期使用，非常适合课堂演示和分组实验，具有很高的应用和推广价值。

四、教具在实验教学中的应用与体会

1.教具应用

在“二氧化碳熄灭蜡烛”实验中，笔者的教具表现出非常好的性能，其实只要稍加改动，还可以完成下列实验：

（1）检验蜡烛燃烧产物实验。点燃阶梯蜡烛，放入玻璃盒中，用硬纸板（或玻璃片）盖好，可以看到四周玻璃上有水雾，等两只蜡烛都熄灭后，取出蜡烛，从倾倒区倒入少许澄清石灰水，倾斜，摇晃，可以看到石灰水变浑浊，分析得出蜡烛燃烧生成水和二氧化碳。

（2）验证氧气密度比空气大实验。点燃一支短蜡烛（或圆饼形蜡烛），放入玻璃盒中，向倾倒区内慢慢倾倒250 mL氧气，可以看到蜡烛燃烧更旺，有白光，分析得出氧气密度比空气大，有助燃性。

2.应用体会

在实验教学中，利用本教具来演示（或学生分组）上述三个实验，可让学生非常直观、形象地感知实验现象，使复杂问题简单化，解决课本原实验（或课本阐释）存在的问题，消除学生“到底是不是”的疑惑。为此，笔者越发觉得，依据实验教学中存在的问题，就地取材，自制有效的、安全的、方便的、匹配的实验教具，显得尤为必要。优秀的自制教具，可以给予学生耳目一新的感觉，激发学习兴趣，诱发探知欲望，引发理解性探究学习，使其在探究中明析原理，在交流中构建知识，切实提升实验教学效果。

参考文献

[1]姜跟华.“二氧化碳熄灭蜡烛”实验改进的分析与优化[J].实验教学与仪器，2021，38（1）：30-33

[2]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

[3]赵雅萍，魏锐.基于便捷理念的二氧化碳的制取及性质实验一体化设计[J].化学教育，2017，38（7）：69-73

[4]徐掌印.二氧化碳性质实验的创新设计[J].教学仪器与实验，2009，25（10）：15

[5]周德富，雷开义.废物利用，改进二氧化碳的灭火实验[J].中学化学教学参考，2014（3）：56