蠟燭燃燒背后隱藏的化學(xué)原理

摘 要: 蠟燭是人們生活中的日常用品，也是學(xué)生實(shí)驗(yàn)中常見的化學(xué)用品，蠟燭燃燒是常見的化學(xué)變化。一支小小蠟燭的燃燒深藏著許多化學(xué)道理，閃爍著化學(xué)原理，越來(lái)越被中考化學(xué)命題者所關(guān)注。本文從蠟燭燃燒隱藏著的化學(xué)道理入手，結(jié)合中考化學(xué)試題，分析蠟燭燃燒背后隱藏的化學(xué)原理。

關(guān)鍵詞: 中考化學(xué)試題 蠟燭燃燒 實(shí)驗(yàn)探究

蠟燭燃燒是生活中常見的化學(xué)現(xiàn)象，在現(xiàn)行九年級(jí)上教版化學(xué)教材中到處都閃爍著蠟燭燃燒的光芒。一支小小的蠟燭燃燒蘊(yùn)藏著許多深刻的化學(xué)道理，有關(guān)蠟燭燃燒的探究實(shí)驗(yàn)已成為中考命題的熱點(diǎn)。我就近幾年來(lái)的中考化學(xué)試題，談?wù)動(dòng)嘘P(guān)蠟燭燃燒背后隱藏的化學(xué)原理。

原理一:蠟燭燃燒的現(xiàn)象。

蠟燭在空氣中燃燒，發(fā)出黃白色的火焰，在氧氣中燃燒，發(fā)出白光，放出大量的熱，生成使澄清石灰水變渾濁的氣體。吹熄蠟燭時(shí)，可看到一縷白煙(石蠟蒸氣遇冷凝華產(chǎn)生的石蠟固體小顆粒)。

試題設(shè)計(jì)一:

蠟燭剛熄滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生一股白煙，某學(xué)習(xí)小組為了探究這股白煙的成分，提出了如下假設(shè):

A.白煙中是燃燒生成的二氧化碳;B.白煙是水蒸氣;C.白煙是石蠟蒸氣凝成的石蠟固體

并針對(duì)這些假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):

(1)吹滅蠟燭，立即用一塊干而冷的玻璃片放在白煙上，玻璃片上沒有出現(xiàn)水霧，說(shuō)明白煙中_______(2)吹滅蠟燭，立即用一個(gè)沾有澄清石灰水的燒杯罩住白煙，其目的是為了驗(yàn)證假設(shè)_________

(填序號(hào))。這樣做(填“能”或“不能”)得出正確的結(jié)論，原因是_______

(3)吹滅蠟燭，立即用燃著的木條去點(diǎn)白煙(注意不要接觸燭芯)，發(fā)現(xiàn)蠟燭重新被點(diǎn)燃，說(shuō)明白煙具有可燃性，這為假設(shè)提供了證據(jù)。同時(shí)可排除假設(shè)_____

【解析】本題素材來(lái)源于教科書對(duì)蠟燭及其燃燒現(xiàn)象的探究實(shí)驗(yàn)，設(shè)問比較巧妙，有新意。只要學(xué)生對(duì)蠟燭及其燃燒探究實(shí)驗(yàn)的每個(gè)細(xì)節(jié)都比較清楚理解，同時(shí)明白“白煙是固體小顆?！保賹烧呔C合起來(lái)考慮，運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析推理，題目就迎刃而解。

原理二:燃燒的條件與滅火原理。

物質(zhì)燃燒時(shí)必須同時(shí)具備三個(gè)條件:(1)物質(zhì)具有可燃性;(2)與氧氣充分接觸;(3)溫度達(dá)到著火點(diǎn)以上。若這三個(gè)條件缺少其一，燃燒就不能正常進(jìn)行，因此常見滅火的原理有:(1)隔離可燃物;(2)隔絕氧氣(或空氣);(3)降溫到著火點(diǎn)以下。蠟燭是常見的可燃物，經(jīng)常用于探究燃燒的條件或滅火的原理。

試題設(shè)計(jì)二:

1.某同學(xué)在研究物質(zhì)燃燒的條件時(shí)，做了如右圖所示的實(shí)驗(yàn):把一條粗金屬絲繞成線圈，罩在一支蠟燭的火焰上，火焰很快就熄滅了。對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法不正確的是()。

A.金屬絲有良好的導(dǎo)熱性

B.可燃物的溫度降到著火點(diǎn)以下

C.金屬線圈內(nèi)的氣體溫度升高了

D.若預(yù)先將金屬絲加熱，蠟燭就不會(huì)很快熄滅

2.如圖，將兩支燃著的蠟燭罩上茶杯，過了一會(huì)兒高的蠟燭先熄滅，低的蠟燭后熄滅，同時(shí)還觀察到茶杯內(nèi)壁變黑。由此我們可以得到啟發(fā):從著火燃燒的房間逃離時(shí)，下列做法中不正確的是()。

A.用濕毛巾捂住鼻子B.成站立姿勢(shì)跑出

C.伏低身子逃出D.淋濕衣服爬出

【解析】以上兩題將燃燒與滅火的知識(shí)寓于實(shí)驗(yàn)或生活情境之中，使化學(xué)、物理學(xué)及生活有機(jī)結(jié)合起來(lái)。在題1中由于金屬具有良好的導(dǎo)熱性，將蠟燭燃燒產(chǎn)生的熱很快地散失在大氣中，從而使金屬線圈內(nèi)的氣體溫度低于蠟燭的著火點(diǎn)，使蠟燭很快熄滅，故選C;在題2中由于蠟燭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳隨熱氣流上升至高處，熱二氧化碳的密度小于空氣，因此上方CO濃度大，引起高處蠟燭先熄滅，且不完全燃燒產(chǎn)生炭黑，故選B。

原理三:質(zhì)量守恒定律。

在化學(xué)反應(yīng)前后，由于原子的種類、個(gè)數(shù)、質(zhì)量都不發(fā)生改變，因此一切化學(xué)反應(yīng)都遵循質(zhì)量守恒定律。

試題設(shè)計(jì)三:早在300多年前，化學(xué)家們就對(duì)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行定量研究。下面圖1是波義耳、拉瓦錫分別在1673年、1777年所做的定量研究實(shí)驗(yàn)，他們的研究推動(dòng)了化學(xué)理論的發(fā)展。下圖中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是為研究

定律而設(shè)計(jì)的。小華同學(xué)閱讀了波義耳、拉瓦錫的故事后很受感動(dòng)，決定用圖2所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩位科學(xué)家的科學(xué)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，小華將未點(diǎn)燃的蠟燭放在天平的左盤上，往右盤上添加砝碼至天平平衡。點(diǎn)燃蠟燭一段時(shí)間后，小華發(fā)現(xiàn)天平(填“平衡”或“不平衡”)。小華百思不得其解，聰明的小強(qiáng)提醒小華:你要吸取波義耳實(shí)驗(yàn)與發(fā)現(xiàn)真理失之交臂的經(jīng)驗(yàn)。小華恍然大悟，明白了其中的道理。

小強(qiáng)、小華決定改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，他們改進(jìn)的方案是。

通過上述實(shí)驗(yàn)，小強(qiáng)、小華感觸很深，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。你從中獲得了什么啟示?這條科學(xué)結(jié)論對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)有什么重要意義?

【解析】本題通過科學(xué)家探究真理的足跡，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)方法和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃枷肫返?。選材很熟悉，立意較新。波義耳在敞口的容器中加熱金屬，金屬的質(zhì)量增加了，錯(cuò)失了發(fā)現(xiàn)真理的機(jī)會(huì);拉瓦錫在密閉的容器中加熱金屬后得出反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量相等，從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量定恒定律。因此，在科學(xué)研究中要有系統(tǒng)的方法、細(xì)致的科學(xué)態(tài)度。蠟燭燃燒時(shí)生成二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣，逸散在空氣中，質(zhì)量會(huì)減少。用蠟燭燃燒探究質(zhì)量守恒定律時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)在密閉的裝置中進(jìn)行，才能得出正確的結(jié)論。

原理四:化學(xué)反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒。

在化學(xué)反應(yīng)中，質(zhì)量守恒定律為定量的分析研究化學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。

試題設(shè)計(jì)四:為了測(cè)定蠟燭中碳、氫兩種元素質(zhì)量比，某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下圖所示的實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)步驟如下:先分別稱量蠟燭、裝置II、裝置III的質(zhì)量。按圖示連接好儀器裝置，點(diǎn)燃蠟燭，同時(shí)從a導(dǎo)管口抽氣。一段時(shí)間后熄滅蠟燭，再分別稱量蠟燭、裝置II、裝置III的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:

(1)該實(shí)驗(yàn)中測(cè)得水的質(zhì)量為g，二氧化碳的質(zhì)量為g。

(2)由該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，蠟燭中碳、氫元素的質(zhì)量之比為。

(3)裝置II和裝置III的順序能否顛倒?(填“能”或“不能”)。

(4)理論上，裝置II和裝置III增加的總質(zhì)量大于蠟燭失去的質(zhì)量，其原因是。

(5)該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駵?zhǔn)確測(cè)出蠟燭燃燒生成二氧化碳和水的質(zhì)量?(填“能”或“不能”)，理由是。

【解析】本題通過蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定量分析與實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。在考查實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，注重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力。由化學(xué)反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒，蠟燭燃燒時(shí)生成二氧化碳和水，可知蠟燭中一定含有碳、氫元素，可能含氧元素。該實(shí)驗(yàn)裝置中的濃硫酸是吸收生成的水蒸氣;堿石灰(氫氧化鈉和氧化鈣的混合物)是吸收生成的二氧化碳。因此，裝置II、III的順序不能顛倒，否則堿石灰也能吸收水。根據(jù)裝置II、III變化前后質(zhì)量差可分別求得HO、CO的質(zhì)量，再根據(jù)化學(xué)式進(jìn)行計(jì)算，即可正確答題。

原理五:利用蠟燭燃燒的化學(xué)反應(yīng)探究空氣中氧氣的含量。

由于蠟燭燃燒消耗裝置內(nèi)空氣中氧氣，生成氣體二氧化碳，若使產(chǎn)物二氧化碳被吸收，裝置內(nèi)的壓強(qiáng)會(huì)明顯減少，可探究空氣中氧氣的含量。

試題設(shè)計(jì)五:小明和小芳在討論“能否用蠟燭燃燒法來(lái)粗略測(cè)定空氣中氧氣的含量”這一問題時(shí)，小芳認(rèn)為:通過圖l裝置，用蠟燭燃燒法測(cè)得空氣中氧氣的含量會(huì)(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。她根據(jù)蠟燭燃燒產(chǎn)物的特點(diǎn)闡述了自己的理由 ，并用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了自己的結(jié)論。(注:本題實(shí)驗(yàn)中裝置的氣密性良好，水槽中的液體是水)

小明認(rèn)真分析了小芳的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，進(jìn)行了如下探究:

[提出問題]導(dǎo)致小芳這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果還有其它原因嗎?

[實(shí)驗(yàn)探究]小明設(shè)計(jì)了圖2裝置，進(jìn)行以下操作:

(1)取黃豆粒大小白磷，用濾紙吸去表面水份，放入捆在電烙鐵下面鐵片的凹槽內(nèi);

(2)將燃燒匙內(nèi)的蠟燭點(diǎn)燃后迅速插人鐘罩內(nèi)，并立即塞緊橡皮塞;

(3)待蠟燭熄滅后(蠟燭有剩余)，接通電烙鐵電源，發(fā)現(xiàn)白磷先熔成液體，接著燃燒產(chǎn)生大量白煙，說(shuō)明通電前鐘罩內(nèi)含有，產(chǎn)生白煙的化學(xué)反應(yīng)方程式是。

[得出結(jié)論]導(dǎo)致小芳這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果的另一原因是。

[交流與反思]小明和小芳分析了上述實(shí)驗(yàn)后，又提出了一個(gè)問題。

【解析】本題通過蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。素材來(lái)源于原人教版教材，由于可燃物的燃燒需要與氧氣充分接觸，但不一定是純凈的氧氣;滅火時(shí)需隔絕氧氣，但裝置中并不一定不含氧氣。故燃燒時(shí)所需氧氣的濃度、滅火時(shí)所含氧氣的濃度均有一個(gè)臨界值，當(dāng)氧氣的濃度大于此臨界值時(shí)，可燃物能正常燃燒;小于此臨界值時(shí)，可燃物不能正常燃燒，因而火焰熄滅。因此，實(shí)驗(yàn)室中只有粗略測(cè)定空氣中氧氣的含量。

“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干”。蠟燭燃燒了自己，照亮了別人。小小的蠟燭燃燒蘊(yùn)藏著許多化學(xué)道理，只要我們善于觀察，善于總結(jié)，善于應(yīng)用，就能從根本上培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。