CO2熄滅蠟燭火焰實驗的再改進

陳勇+周良建

摘要：在已有參考文獻介紹的“通入法”和“隔離法”改進裝置的基礎上，對二氧化碳熄滅蠟燭火焰的實驗裝置作了進一步的優化改進。所得新裝置具有構思巧妙、裝置簡單、操作簡便、現象明顯、實驗成功率高等特點。探究還發現，若用干冰代替二氧化碳氣體進行實驗，則實驗現象更加直觀生動，實驗效果明顯提高。

關鍵詞：二氧化碳；熄滅蠟燭；裝置設計；實驗改進

文章編號：1005–6629（2017）6–0068–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 實驗改進目的

1.1 概述及問題提出

“二氧化碳熄滅蠟燭火焰實驗”在初中化學各種版本教科書[1～4]中均有出現，它對于幫助學生認識“通常情況下，二氧化碳密度比空氣大，不能燃燒，也不支持燃燒的性質”有著直觀的詮釋。但在實驗過程中，操作稍有不慎則會出現蠟燭不熄滅、上層蠟燭先熄滅或兩支蠟燭同時熄滅等情況。為此，很多教師選擇播放視頻，甚至講解實驗。讓原本直觀、生動、真實的學習場景無法呈現。

1.2 已有改進裝置

仔細分析同行們對該實驗進行的改進，發現實驗裝置大致分為以下兩類：

（1）以鄧九皋[5]，門波[6]，謝丹敏[7]為代表的“通入法”改進裝置（圖1）；

（2）以李靜芬[8]，李娜[9]，趙映荷[10]，周云標[11]，張道飛[12]，張明華[13]為代表的“隔離法”改進裝置（圖2）。

兩種類型方案各有優點，其共同目的都是防止二氧化碳先與上層蠟燭接觸。

1.3 對比方案，優化整合再改進

將教科書中該實驗裝置與已有改進裝置進行比較，不難看出教科書中實驗裝置設計簡單、操作便捷、容易觀察，但實驗成功率較低；已有改進實驗裝置雖然提高了實驗的成功率，但部分裝置還存在結構復雜、操作繁瑣、影響實驗觀察、不利于學生操作等不足。因此，將教科書實驗裝置與已有改進裝置進行優化整合，邊改進、邊實驗驗證、邊總結便成為將該實驗進行再改進的總體思路。

對已有改進裝置進行實際操作和研究后發現，“通入法”改進裝置的優點在于二氧化碳通過導管進入燒杯時氣流穩定，且受外界空氣流動影響較小，有利于二氧化碳氣體快速進入燒杯底部促進實驗成功。“隔離法”改進裝置的優點則是通過利用器材有效阻隔二氧化碳與上層蠟燭先接觸，從而達到實驗的預期效果。利用上述裝置的優點，并汲取相關文獻[14～17]中關于該實驗的長處，對該實驗裝置再次進行優化改進，經過實踐總結，多次反復，最終得到具有如下優點的新裝置。

2 再改進的實驗裝置制作

2.1 實驗用品

石灰石、稀鹽酸、0.2mm厚金屬鋁片、打孔器、蠟燭、火柴、250mL集氣瓶（1個）、500mL燒杯（1個）、玻璃片（以上實驗用品均在實驗室中可找到）

2.2 實驗裝置

實驗裝置由“寬背板”金屬階梯（以下簡稱“金屬階梯”）和燒杯兩部分組成。金屬階梯放入燒杯，a、b兩側與燒杯壁緊貼，c處與燒杯另一側底部和杯壁接觸（見圖3）。此時，燒杯內分成A、B兩個區域（見圖4），點燃蠟燭后燒杯中A“冷”、B“熱”，B區空氣受熱迅速上升，造成A區冷空氣迅速下降形成空氣流動，便于A區倒入的二氧化碳迅速通過階梯下方懸空區域對下層蠟燭形成“合圍”促使其先熄滅，最終使蠟燭由下至上依次熄滅。

2.3 “金屬階梯”制作

金屬階梯通常使用0.2mm厚的金屬鋁板制成，根據圖5所示將金屬板裁切為橫向“甲”字形，長×寬比例與燒杯大小關系如圖5、圖6所示，圖5中“K”長度略大于所用燒杯高度，“P”為階梯高度差；利用打孔器在階梯位置中部開孔，孔徑略小于蠟燭直徑，便于將蠟燭旋轉插入小孔并固定；最后按虛線折疊呈階梯狀，即可一次成型長期使用。

3 裝置的優點

3.1 裝置簡單，操作簡便

經過再改進的實驗裝置具有“器材少、操作少、失誤少”的優點。整個裝置所用儀器僅三部分，即：金屬階梯（帶蠟燭）、燒杯和集氣瓶。裝置中蠟燭固定在金屬階梯小孔上，避免了實驗過程中蠟燭意外掉落。操作時取下集氣瓶口玻璃片，將二氧化碳從燒杯A區倒入而不影響實驗結果。

對二氧化碳傾倒快慢是否影響實驗結果的研究中發現，正常傾倒（略有快慢）的過程中使用該裝置對實驗結果不造成影響（見表1）。

3.2 師生可用，成功率高

通過多次實驗驗證，該裝置不僅適合教師在課堂中演示，更適用于學生分組實驗。近兩年，我校28個教學班使用該裝置進行課堂演示和學生分組實驗，成功率均為100%。

在對該裝置點燃蠟燭后以不同速度倒入二氧化碳進行實驗觀察記錄中發現（見表2），2min內倒入二氧化碳，實驗成功率均為100%，有效避免了因蠟燭點燃時間過長，燒杯內熱空氣上升，無法倒入二氧化碳氣體造成實驗失敗的情況。

3.3 巧用干冰，現象直觀生動

若將干冰放入集氣瓶中，利用升華吸熱產生呈“白霧”狀的二氧化碳氣體倒入燒杯，可“勾畫”出二氧化碳進入裝置的整個過程，使實驗現象直觀生動，更加利于學生理解二氧化碳的相關性質。通過增加該實驗，讓學生對集氣瓶內產生“白霧”現象進行觀察，并觸摸瓶壁，便于學生認識干冰的性質及用途，有效填補了教材中對干冰用途介紹僅有文字描述和圖片展示的空白。

化學實驗的改進與優化是化學教師探討的永恒話題，讓實驗裝置更簡單、實驗操作更方便、實驗現象更直觀、實驗結果更可靠勢必成為我們永遠追尋的目標。

參考文獻：

[1]人民教育出版社編著.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：119.

[2]中學化學國家課程標準研制組編著.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2012：42～44.

[3]江琳才，錢揚義.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M].北京：科學出版社，廣州：廣東教育出版社，2012：135～136.

[4]北京市仁愛教育研究所編著.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級上冊）[M].北京：科學普及出版社，2012：96～99.

[5]鄧九皋.二氧化碳熄滅階梯燭火實驗的改進[J].化學教育，1994，（8）：34～35.

[6]門波.小小雪碧瓶引領大課堂——基于學生探究能力培養的“二氧化碳的性質”教學設計與反思[J].中學化學教學參考，2011，（9）：26～29.

[7]謝丹敏，楊玉琴.二氧化碳制取與系列性質實驗裝置的設計[J].化學教學，2016，（1）：64～66.

[8]李靜芬.二氧化碳熄滅蠟燭火焰演示實驗的改進[J].化學教育，1997，（12）：13.

[9]李娜.傾倒二氧化碳熄滅階梯蠟燭實驗的改進[J].化學教育，2014，35（5）：70～72.

[10]趙映荷.激活演示實驗教學提高探究學習效率——以二氧化碳性質的實驗教學為例[J].化學教育，2012，33（3）：55～58.

[11]周云標，陳迪妹.對傾倒二氧化碳實驗的創新設計[J].中學教學參考，2012，（3）：99.

[12]張道飛.對傾倒二氧化碳熄滅蠟燭火焰實驗的改進[J].教學儀器與實驗，2011，（9）：18～19.

[13]張明華.也談CO2傾倒實驗的改進[J].實驗教學與儀器，2011，（11）：31.

[14]潘國榮等. CO2熄滅蠟燭火焰實驗小型化改進[J].化學教學，2014，（11）：48～49.

[15]張曉燕.初三化學“二氧化碳性質”公開課的實驗設計[J].化學教學，2015，（9）：55～58.

[16]盧洪福.二氧化碳熄滅蠟燭火焰實驗的新設計[J].化學教學，2015，（3）：48～49.

[17]金怡.有關二氧化碳制備及性質的三個創新實驗[J].化學教學，2016，（5）：65～67.