由“蠟燭為何會(huì)熄滅”引發(fā)的實(shí)驗(yàn)探究

胡云

一、問(wèn)題的提出

人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第130頁(yè)課堂探究——滅火的原理（如下圖）。

點(diǎn)燃三支蠟燭，在其中一支蠟燭上扣一個(gè)燒杯；將另兩支蠟燭分別放在兩個(gè)燒杯中，然后向一個(gè)燒杯中加入適量的碳酸鈉和鹽酸，蠟燭燃燒的現(xiàn)象有什么不同？請(qǐng)用滅火原理分析。根據(jù)滅火原理分析，現(xiàn)象是左邊第一個(gè)燒杯中的蠟燭熄滅，原因是與空氣隔絕，所以蠟燭熄滅。上課時(shí)有學(xué)生提出問(wèn)題：蠟燭熄滅后，燒杯中究竟還有沒(méi)有氧氣呢？學(xué)生的這個(gè)問(wèn)題引起了我的思考。于是我設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，裝置如下圖：

在一個(gè)燃燒匙中放置蠟燭，另一個(gè)燃燒匙中放置適量的白磷，在瓶底鋪一層氫氧化鈉粉末（放置白磷的燃燒匙正好能置于氫氧化鈉粉末上），分液漏斗中加入水。實(shí)驗(yàn)步驟：1.點(diǎn)燃蠟燭塞緊瓶塞；2.待蠟燭熄滅后，打開(kāi)分液漏斗閥門(mén)，向瓶中滴加適量的水，利用氫氧化鈉粉末溶于水放出的熱量點(diǎn)燃白磷。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：白磷燃燒。結(jié)論：置于燒杯中的蠟燭熄滅后，燒杯中依然有氧氣存在。這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了蠟燭熄滅并不是因?yàn)檠b置中沒(méi)有氧氣了，而是經(jīng)過(guò)蠟燭的燃燒將裝置中的氧氣消耗了一部分，使裝置中氧氣的體積分?jǐn)?shù)降低所致，這又引起了我的思考：使蠟燭熄滅所需最低氧氣體積分?jǐn)?shù)是多少呢？從實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作考慮，我把實(shí)驗(yàn)的名稱(chēng)定為：探究使木條熄滅所需最低氧氣體積分?jǐn)?shù)。

二、實(shí)驗(yàn)探究

1.實(shí)驗(yàn)原理

（1）如何獲得氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都小于21%的“空氣”？

既然是探究使木條熄滅所需最低氧氣體積分?jǐn)?shù)，首先就要獲得氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都小于21%的“空氣”，也就是如何稀釋空氣。可以在集氣瓶中加入不同體積的水，然后采用排水集氣法的原理，向瓶中充入氮?dú)鈱⑺懦觯@樣即可獲得氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都從計(jì)算公式可以看出，通過(guò)改變集氣瓶中水的體積，可以得到氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都小于21%的“空氣”，集氣瓶的體積可以這樣獲得：向集氣瓶中加滿(mǎn)水，然后用量筒量水的體積。

（2）如何獲得氮?dú)猓?/p>

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第二單元課題一《空氣》中有個(gè)實(shí)驗(yàn)，名稱(chēng)是“空氣成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)”，裝置如下圖：

實(shí)驗(yàn)原理是：紅磷燃燒將裝置內(nèi)的氧氣消耗掉，使裝置內(nèi)大氣壓減小，待裝置冷卻至室溫，打開(kāi)止水夾，水倒流約五分之一個(gè)體積，根據(jù)大氣壓原理可知進(jìn)入水的體積就是消耗氧氣的體積。當(dāng)水倒流約五分之一個(gè)體積后，裝置中約五分之四體積氣體的主要成分就是氮?dú)狻＠迷搶?shí)驗(yàn)裝置即可獲得氮?dú)狻?/p>

（3）如何將裝置中的氮?dú)馀懦觯鸭瘹馄恐械乃懦觯?/p>

通過(guò)空氣成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)的裝置獲得了氮?dú)猓酉聛?lái)要考慮如何將裝置中的氮?dú)馀懦觯鸭瘹馄恐械乃懦觥Ｔ诳諝獬煞譁y(cè)定實(shí)驗(yàn)的裝置的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，加個(gè)分液漏斗，裝置如下圖：

通過(guò)分液漏斗向裝置內(nèi)加水，利用水產(chǎn)生的壓力將裝置中的氮?dú)馀懦觯酉聛?lái)就可以用排水集氣法的原理，用氮?dú)鈱⒓瘹馄恐械乃懦隽恕?/p>

2.實(shí)驗(yàn)儀器和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：大號(hào)廣口瓶、橡皮塞、燃燒匙、分液漏斗、水槽、集氣瓶、玻璃片、酒精燈、藥匙。

實(shí)驗(yàn)藥品：白磷、木條（直徑約5mm）。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）關(guān)閉止水夾，關(guān)閉分液漏斗，點(diǎn)燃白磷，塞緊瓶塞。

注：為了確保裝置的氣密性，可在分液漏斗中加入一定量的水。

（2）利用等待裝置冷卻的時(shí)間，向集氣瓶中加入不同體積的水。

我通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，選擇了以下體積的水：10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL、45mL、50mL、55mL。

（3）待裝置冷卻至室溫，打開(kāi)止水夾，待水不再倒流時(shí)，即可得到氮?dú)狻?/p>

（4）通過(guò)分液漏斗向裝置中加水，利用水產(chǎn)生的壓力將裝置中的氮?dú)馀懦觯瑫r(shí)用排水集氣法的原理將集氣瓶中的水排出，得到氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都小于21%的“空氣”。

（5）用燃著的木條進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)。

將直徑約為5mm的木條在酒精燈上點(diǎn)燃后，分別伸入盛有氧氣體積分?jǐn)?shù)不同并且都小于21%的“空氣”的集氣瓶中，記錄現(xiàn)象。

（6）數(shù)據(jù)分析。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知：集氣瓶中水的體積為40mL時(shí)，木條立即熄滅。將這個(gè)數(shù)據(jù)帶入計(jì)算公式。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1.實(shí)驗(yàn)中注意的事項(xiàng)

（1）這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)氣密性的要求很高，所以需要在橡皮塞打孔處及瓶口涂抹凡士林。氣密性的檢查：關(guān)閉止水夾，關(guān)閉分液漏斗，點(diǎn)燃白磷產(chǎn)生大量的白煙，此時(shí)將導(dǎo)氣管放入水中打開(kāi)止水夾，通過(guò)分液漏斗向裝置中加水，如果裝置漏氣，就會(huì)有白煙冒出。

（2）為了將裝置中氧氣耗盡，白磷要過(guò)量。

（3）為了平衡裝置內(nèi)外壓強(qiáng)，一定要等到裝置冷卻至室溫后才能打開(kāi)止水夾讓水倒流。

（4）在排出氮?dú)獾牟僮髦幸⒁猓忠郝┒分惺冀K都有水，否則一旦與外界大氣相通，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗；同理導(dǎo)氣管也要注意不要拿離水面。

（5）為了節(jié)約氮?dú)猓趽Q集氣瓶時(shí)可關(guān)閉分液漏斗。

（6）在排出集氣瓶中水時(shí)，發(fā)現(xiàn)水排不盡，每瓶都有2mL～3mL的水，所以為了減小實(shí)驗(yàn)的誤差，在量取水時(shí)可以在原來(lái)數(shù)據(jù)上多量取2mL。例如，量取10mL水時(shí)可量取12mL的水。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

（1）使燃著的木條熄滅所需最低氧氣體積分?jǐn)?shù)約是15.8%。

（2）可燃物的熄滅不是完全沒(méi)有氧氣，當(dāng)氧氣的體積分?jǐn)?shù)降低至某一值時(shí)，可燃物即可熄滅。

（3）通過(guò)白磷可以在蠟燭熄滅后的氣體中燃燒，可以推斷出不同的可燃物熄滅時(shí)所需氧氣的體積分?jǐn)?shù)不同。