“点燃蜡烛刚熄灭时产生的白烟”实验改进探索

广东高州中学初中校区（525200）黄小玲 吴宇

“点燃蜡烛刚熄灭时产生的白烟”实验是人教版化学九年级上册第一单元课题2“对蜡烛及其燃烧的探究”系列实验中的一个实验。如图1 所示，教材通过设计用嘴吹灭蜡烛，使之产生白烟，然后用火柴点燃白烟，白烟燃烧，从而向学生证明该白烟是石蜡蒸汽。

图1

该内容是《义务教育化学课程标准（2011 年版）》一级主题“科学探究”中二级主题“增进对科学探究的理解”的情景素材［1］，从蜡烛燃烧这一生活常见现象出发，通过证明蜡烛刚熄灭时产生的白烟具有可燃性，得出白烟的主要成分是石蜡蒸汽的结论。该实验探究过程落实了三维教学目标，契合了课程标准提倡的教学理念。

但在现实教学实践中按照教材介绍的方法进行实验，存在一些操作上的问题：1.蜡烛熄灭后产生的白烟量比较少，不足以点燃。2.吹蜡烛时，由于温度下降，石蜡难以气化，不容易继续形成白烟。3.吹灭蜡烛时，在人为或自然气流的作用下，白烟容易被吹偏或消散较快，难以被准确点燃。4.在实验操作中，在离棉芯稍远处点火，会因为白烟量少而难以点燃，导致实验失败；在离棉芯稍近处点火时，不免有直接点燃棉芯的嫌疑，从而降低实验的说服力。5.基于白烟的不确定性，该实验对操作者的操作熟练程度和实验条件有较高要求，人为因素对实验影响较大。这一系列问题导致实验存在一些不稳定因素，使得实验得出的结论不够严谨，缺乏说服力。

为了解决上述问题，众多学者对此实验进行了不断探索，以期获得持续稳定的实验效果。邓继红等人摸索出了隔空点燃蜡烛刚熄灭时产生的白烟的最佳实验条件，即选择粗棉芯蜡烛，先让蜡烛燃烧1min 以上，再用嘴垂直向下快速吹灭蜡烛，接着用颈短腹大的漏斗导出白烟，并与多个对照组进行实验比较而获得令人信服的结果。但该实验容易受到棉芯粗细、蜡烛燃烧时间、熄灭蜡烛的方式、采集白烟的漏斗的形状等因素的影响，对蜡烛和漏斗的选择也比较严格，无法确保实验的普遍性［2］。曾小英等人利用烧瓶收集蜡烛熄灭时产生的白烟以供点燃（如图2），虽然操作简单，但受到烧瓶颈部大小的影响，难以确保白烟大量收集，而且需要手持烧瓶进行操作，容易烫伤实验者。同时，该实验要求提前在烧瓶内部收集尽可能多的白烟，对蜡烛的消耗量较大［3］。王仪辉利用粉笔和石蜡自制大型蜡烛，产生足量白烟以便于点燃，效果较好，但对蜡烛的消耗量也很大，并受铁丝网与粉笔灯芯距离的影响，燃烧持续现象不明显［4］。鞠东胜等人用干燥管、大试管、曲管、直角导管等收集白烟并点燃。虽然操作简单易行，但该实验未能增大白烟的形成量，导致实验结果不稳定，而且该实验要求使用的白烟聚集器口径与火焰宽度相比不宜过大或过小，器材离蜡烛棉芯距离过大或过小均不利于白烟的形成和导出，这些因素均对实验影响较大［5］。闫秋艳用铁丝绕成螺旋状罩住蜡烛火焰，用嘴吹灭蜡烛，再点燃产生的白烟（如图3）。该实验操作简便、有趣，但实验效果受人为因素影响较大，无法体现科学客观性［6］。郑杏珍等人用玻璃漏斗收集白烟引流以点燃，但由于玻璃仪器壁薄易碎，受热易爆裂，且表面光滑易脱落难以固定，需要手持操作，多次实验后易高温烫手，这都增加了实验结果的不稳定性、人为影响因素及安全隐患；而且用玻璃漏斗罩住燃着的蜡烛时，石蜡燃烧不充分，易产生大量黑烟，影响实验效果（如图4）；如果用灯帽盖灭燃着的蜡烛，再迅速用倒置的玻璃漏斗企图引流白烟以在管口处点燃，会发现因白烟量过少而难以点燃［7］。

图2

图3

图4

为了避免实验的不确定性，减少主观因素的影响，客观地反映事物真实的本原，笔者也对此实验进行了探索和改进，并获得了稳定、客观的实验结果。

一、实验材料

酒精灯陶瓷灯芯管，带铁夹的铁架台，蜡烛。（如图5）

图5

二、实验内容

（一）实验装置

1.将酒精灯的陶瓷灯芯管取下，远离明火，让黏附在灯芯管表面的酒精在室温下完全挥发或用干燥滤纸擦干。

2.待陶瓷灯芯管表面的酒精完全挥发后，将陶瓷灯芯管以管头在上、管体在下的方式，正向固定于铁架台的铁夹上，使得灯芯管头卡于铁夹边上，灯芯管体置于夹片中，组装成一套稳定输出型石蜡制烟装置。

（二）实验效果

1.点燃蜡烛，根据蜡烛的高度调整装置的高度，使陶瓷灯芯管底部距离蜡烛焰心0.5～1 cm，并使陶瓷灯芯管的小孔正对蜡烛的火焰，观察陶瓷灯芯管的上方孔口是否有大量白烟冒出。

2.将纸条等易燃物置于陶瓷灯芯管上方孔口，测试其能否被点燃，若不能点燃，证明孔口冒出的是白烟，无火焰蹿出。

3.用打火机或火柴点燃白烟，白烟迅速被点燃，说明白烟具有可燃性；随着白烟的稳定输出，白烟燃烧现象明显且持续时间长，实验效果良好（如图6）。

图6

三、实验对比

将教材实验方法和用漏斗收集白烟进行点燃的实验方法与本实验进行对比，并对实验结果进行统计学分析。

（一）教材实验方法

1.于无风、非对流实验环境中。

2.调节蜡烛棉芯，使其垂直于桌面，固定并点燃蜡烛。

3.为保证蜡烛熄灭后能顺利产生白烟，且白烟能聚集上升，采用自上而下的扇灭方式熄灭蜡烛。

4.熄灭蜡烛，白烟升起，实验者迅速启动打火器对距离灯芯2 cm处的白烟点火。

（二）漏斗收集白烟进行点燃的实验方法

1.于无风、非对流实验环境中。

2.调节蜡烛棉芯，使其垂直于桌面，固定并点燃蜡烛。

3.用酒精灯灯帽盖灭蜡烛，迅速用倒置的玻璃漏斗罩住蜡烛棉芯。

4.迅速在漏斗管口处点燃白烟。

（三）实验结果统计分析

在相同的实验条件下，三种实验方法（人教版教材实验、漏斗收集白烟实验、本创新实验）各重复操作20次，实验结果如下。

实验结果显示，本创新实验的成功率明显高于另外两个实验，特别是漏斗收集白烟实验。

（四）实验原理

陶瓷为固态，导热率为1.22 W/m·k，比金属的导热率小，相同受热条件下热量散失较金属材料低。酒精灯是实验室常用的仪器，它的灯芯管是陶瓷材质，呈中空柱状，在其下方燃烧石蜡能产生大量石蜡蒸汽，并经中空柱状陶瓷灯芯管聚集形成柱状输出。此过程原理为石蜡受热汽化成石蜡蒸汽，石蜡蒸汽在上升过程中遇到导热率较低的中空柱状陶瓷灯芯管，并仍以蒸汽的形式输出，从而形成稳定的柱状白烟。

笔者曾使用金属材料（铜、铁、铝）替代陶瓷进行实验探究，发现金属材料组装的实验装置中白烟的输出量明显减少，持续性差，无法满足实验点燃的要求。

（五）实验改进后的优缺点

1.装置取材方便，制作简单，操作简便，耗材少，只需要一个酒精灯的灯芯管、一个铁架台和一根蜡烛。

2.现象明显，成功率高。能稳定输出大量白烟，易于点燃，白烟燃烧持续时间较长。

3.实验科学，客观性强。本实验设计的支撑装置为铁架台，可固定夹持，减少人为操作等因素对白烟输出或燃烧的影响；实验适用性强，受外界因素影响小，成功率高，可多次重复实验结果，实验结果更加科学客观、有说服力。

4.本实验的统计学数据有一定的局限性，随着探究的深入，还可以进一步完善。本实验只探索了陶瓷和金属两种材料，但随着材料学的发展，可能会有更好的材料支持实验进行，获得更好的实验效果。

四、实验小结

改进后的实验能稳定输出白烟，方便点燃。学生观察到白烟能被点燃，火焰随着袅袅烟柱而舞动，体验到了实验成功的喜悦。此实验活用了实验室常见的酒精灯的灯芯管，拓展了常规实验仪器的使用领域，引发了学生对如何扩大常规实验仪器的用途的思考。稳定输出大量白烟，便于学生充分观察石蜡在实验过程中的固—液—气三态变化，加深对物理变化与化学变化两者关系的理解，明白物质发生化学变化的过程中会同时发生物理变化。

本实验设计的整套装置由铁架台夹持而成，减少了人为因素的影响，使得实验结果更科学客观，且操作简单便捷，实验生动有趣，现象明显，成功率高，适合教师课堂演示，也可作为学生的课外实验。

五、总结与展望

创新实验器材，改进实验装置，活用酒精灯的陶瓷灯芯管，使得蜡烛稳定输出白烟，便于白烟的点燃，实现了科学探究与创新意识学科核心素养的落地，进而引导学生学会从化学的角度认识物质世界，提高学生运用化学知识和科学方法分析、解决简单问题的能力，使学生在知识的形成和应用过程中形成科学态度，掌握科学方法，在“做科学”的探究活动中培养创新精神和实践能力，为学生的未来发展奠定基础。

作为化学教育工作者，笔者日后将继续在学科教学工作中开展更多科学可行、简约创新的可视性教学实验，让学生在趣味小实验中掌握物质世界的大学问。