“二氧化碳熄灭高低蜡烛”实验创新设计

福建省厦门市洪塘中学(361100) 许振芳

福建省厦门市翔安第一中学(361101) 洪兹田

人教版9年级化学教科书关于“二氧化碳熄灭高低蜡烛”实验采用如下方法:往放置高低不同的2支蜡烛的烧杯中倾倒CO2气体，如图1所示。通过“阶梯蜡烛从低到高依次熄灭”的现象，得出CO2具有如下性质:一般情况下，CO2不可燃、不助燃，密度大于空气。

图1 教材实验

按上述操作进行实验存在一些不足。笔者在借鉴同行已有研究的基础上，对该实验进行改进和优化，改进后的实验成功率大大提高。

1 原实验存在的不足

按上述操作进行实验，容易出现以下3种“超出标准预设”的现象。

(1)当倾倒CO2气体的角度不好时，容易出现“上层蜡烛先熄灭”的现象。

(2)点燃蜡烛后如果没有及时往其中倾倒CO2气体，烧杯内部气体因受热形成向上的热气流，导致CO2气体无法顺利倒入，从而出现蜡烛无法熄灭的现象。

(3)若放置蜡烛的烧杯容积过大，而收集CO2气体的集气瓶容积过小，往往会由于CO2“心有余而力不足”而出现“下层蜡烛熄灭，而上层蜡烛无法熄灭”，甚至“2支蜡烛都无法熄灭”的现象。

2 实验改进思路

2.1 仪器及药品改进

5个透明塑料瓶代替烧杯；塑料瓶瓶身打孔并用热熔胶连接形成连通器；增加1组高低蜡烛；配备2个自制烛台(如图2所示)；增加2条紫色石蕊滤纸条。

图2 自制烛台

2.2 装置创新及原理简析

3个塑料瓶(1个塑料瓶作为CO2气体的缓冲装置，另2个塑料瓶内分别放置高低不同的蜡烛各一组)，每相邻的2个塑料瓶瓶身打孔，孔孔相对粘合形成连通器。2个塑料瓶瓶身分别放置湿润的紫色石蕊滤纸条，利用不同高度滤纸条的颜色变化让学生感受CO2的“气流沉底”，进一步感受CO2密度大于空气。

倾倒第1瓶CO2气体时，CO2先进入第1个塑料瓶(缓冲装置)，再通过连通孔依次进入另外2个塑料瓶。CO2气体按照“预设”的“流向”精准地熄灭3支蜡烛，但是其中1支蜡烛由于倾倒的CO2气体的量不够多，需继续倾倒1瓶CO2气体方能熄灭。增加该步骤以培养学生的“变化观念”素养和批判性思维。

3 改进后的实验

3.1 实验器材和药品

同规格的透明塑料瓶5个(3个不带盖做连通器，2个带盖用于储存CO2)；高低不同的2组蜡烛(一组高度为1.5 cm、4 cm，另一组高度为3 cm、5 cm)；自制烛台2个；粗铁丝2根；CO2气体2瓶(与连通器的塑料瓶同规格)；橡皮泥若干；用紫色石蕊试液反复浸泡晾干的滤纸条若干。

3.2 改进后的实验装置

改进后实验的装置图如图3所示。

图3 改进后的装置图

3.3 实验操作和预期现象

按图3所示装置，进行如下实验操作:

(1)在3个塑料瓶瓶身打上高低不同的4个孔，孔孔相对用热熔胶粘合成连通器，其中①孔紧挨底部，②孔离底部3 cm；

(2)将润湿的2条滤纸条(用紫色石蕊试液反复浸泡晾干)绑在粗铁线上，并用橡皮泥固定在塑料瓶II和III的内壁；

(3)2个小烛台分别放在塑料瓶II、III中。烛台上分别放入2组高低不同的蜡烛。其中，塑料瓶III中为蜡烛A、B(高度分别为1.5 cm、4 cm), 塑料瓶II中为蜡烛C 、D(高度分别为3 cm、5 cm)；

(4)将第1瓶CO2气体缓慢倒入塑料瓶Ⅰ中(作为缓冲装置)，CO2气体通过连通孔①进入塑料瓶II，CO2气体熄灭3 cm高的蜡烛C后，并没有继续熄灭5 cm高的蜡烛D,而是从离塑料瓶II瓶底3 cm高的连通孔②中进入塑料瓶III，依次熄灭塑料瓶III中1.5 cm高的蜡烛A和4 cm高的蜡烛B；

(5)在1瓶CO2气体倾倒完毕后，塑料瓶II中的蜡烛D依旧正常燃烧。再取1瓶CO2气体，继续将其倾倒入塑料瓶Ⅰ中，直至将蜡烛成功熄灭；

(6)观察塑料瓶II、III中润湿的滤纸条不同高度的颜色变化(靠近下部分的滤纸明显变红，而上部分滤纸仍然为紫色)。

4 实验创新点评析

4.1 仪器生活化

本实验所需的部分仪器如塑料瓶、橡皮泥、粗铁丝、矿泉水瓶及瓶盖等，均为易得的生活物品。不仅能给学生带来亲切感，而且有利于培养学生的资源再利用意识。

4.2 实验综合化

根据连通器原理，4支高低不同的蜡烛分布于2个塑料瓶中，从塑料瓶Ⅰ中倾倒CO2气体后，4支蜡烛按照C、A、B、D顺序熄灭。将“流”的文章做足，基于证据推理即可得出“一般情况下，CO2不可燃、不助燃且密度大于空气”的结论。CO2气体熄灭蜡烛C后还必须“漫”过连通孔②，才能“流”到塑料瓶III中去熄灭高度为1.5 cm的蜡烛A。随着气体的倾倒，最终成功地将蜡烛C、蜡烛A、蜡烛B依次熄灭。由于倒入的CO2气体在塑料瓶中基本处于同一高度，仍无法达到蜡烛D的高度，只有继续倾倒另一瓶CO2气体后才能成功熄灭蜡烛D。这一后续的“加料”操作，体现了量变引起质变的辩证观点，培养了学生的“变化观念”素养和批判性思维。若整个过程把CO2换成水，则水流方向、水面的情况及熄灭顺序也与上述顺序一致。

4.3 现象可视化

本实验中在高低蜡烛熄灭实验的基础上，增加湿润的紫色石蕊滤纸条的变色实验，让本来“看不见”的CO2气体的流动变为“看得见”。学生通过不同高度滤纸条的颜色对比即可粗略判断塑料瓶中CO2气体的“流动轨迹”，进而得出“CO2密度大于空气”的结论。

4.4 实验成功率高

改进后的实验成功率极高，主要原因有3点:

(1)CO2熄灭蜡烛前进入缓冲装置(塑料瓶Ⅰ)，气流走向平稳，能较为“精准”地熄灭“目标”蜡烛；

(2)自制小烛台方便取出与放置，在装置外面点燃高低蜡烛，可以尽量避免由于加热过久而产生向上的热气流对实验的影响；

(3)即使蜡烛燃烧产生热气流，CO2气体从缓冲瓶中经连通孔从下部流入，也基本不受热气流影响。

5 实验注意事项

(1)本实验需事先收集2瓶与塑料瓶容积相近的CO2气体，拧紧瓶盖备用。

(2)应缓慢倾倒CO2气体，可用瓶盖直接遮住瓶口让气流从小缝隙中流入瓶中。

(3)烛台放在塑料瓶中央，尽量不靠在瓶壁上。

(4)蜡烛的烛芯不宜太长，否则燃烧时火焰太大，容易烧坏塑料瓶。

(5)不让连通孔对着蜡烛火焰，以免气流直接冲灭火焰影响实验效果。