采用自制教具演示“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗

摘要：按照教材所述進行“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗，實驗成功率較低。為此在對已有自制教具進行實踐分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷實踐與優(yōu)化，最終制作了玻璃盒教具，可以取得非常好的實驗效果。并積極思考，以加深對自制教具的認識。

關(guān)鍵詞：自制教具；二氧化碳；熄滅蠟燭

文章編號：1008-0546（2021）12-0085-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.021

*本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“初中化學學科關(guān)鍵能力達成的路徑研究”（編號：E-b/2020/21）的階段性成果。

一、問題的提出

“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗是初中化學二氧化碳性質(zhì)實驗中的重要實驗之一，也是經(jīng)典實驗之一。人教版九年級化學上冊117頁實驗6-3提出：“將二氧化碳氣體慢慢倒入燒杯中，觀察現(xiàn)象并分析”（裝置如圖1所示）。希望學生能觀察到“下面蠟燭先熄滅，上面蠟燭后熄滅”現(xiàn)象，分析得出“二氧化碳密度比空氣大、不能燃燒也不支持燃燒”的性質(zhì)。然而實驗時卻會出現(xiàn)很多意外現(xiàn)象，例如：（1）蠟燭沒有任何變化；（2）蠟燭火焰搖晃了幾下，然后又正常燃燒；（3）上面蠟燭先熄滅，下面蠟燭后熄滅；（4）上面蠟燭熄滅了，下面蠟燭不熄滅；（5）兩只蠟燭幾乎同時熄滅。總之，該實驗成功率較低，簡直成了疑難實驗。究其原因，可能有實驗者的操作經(jīng)驗問題，可能有實驗準備的細節(jié)問題（如蠟燭高度差較小等），還可能有裝置本身的問題（如燒杯口徑較小，不易操作）等等。為此，筆者就想自制一個簡易教具，來降低該實驗操作要求，使實驗現(xiàn)象明顯、性能穩(wěn)定（無論實驗者是否有經(jīng)驗都能獲得實驗成功）、安全可靠（不燙手），適合課堂演示的同時也適合分組實驗，徹底解決“提心吊膽、如履薄冰”做該實驗的狀況。

二、已有的自制教具

針對以上問題，以“二氧化碳熄滅蠟燭”“傾倒二氧化碳”等關(guān)鍵詞分別在百度學術(shù)、中國知網(wǎng)上進行檢索，發(fā)現(xiàn)了很多改進方案，創(chuàng)新跌出，令人回味。筆者對這些改進方案進行梳理分析，概括起來可分為5種類別[1]：漏斗傾倒法、空間隔離法、導管通氣法、凹槽傾倒法、順序顛倒法。其中也不乏有一些自制教具，令人印象深刻。

例如李娜的“傾倒二氧化碳熄滅階梯蠟燭實驗的改進”[2]，見圖2。該自制裝置由木質(zhì)部分和玻璃槽部分組成，其中玻璃槽比木槽高1 cm，實驗時將二氧化碳從左側(cè)較寬的通氣口傾倒，可以觀察到底部蠟燭依次熄滅。通過該自制教具，二氧化碳由下而上流通，避免了由于實驗操作不當而造成蠟燭熄滅順序不對或者不易熄滅的情況。然而在自制木質(zhì)凹槽時遇到了一些困難，耗時耗工，不易制作；同時實驗需要較多的二氧化碳氣體才能使蠟燭全部熄滅。

又如趙雅萍和魏銳的“基于便捷理念的二氧化碳的制取及性質(zhì)實驗一體化設(shè)計”[3]，見圖3。自制凹形塑料階梯（或硬紙質(zhì)階梯），等距離放置圓餅形蠟燭，點燃，從頂端傾倒二氧化碳氣體，觀察現(xiàn)象。該自制教具雖然簡單易制作，但是實驗效果并不理想，易受環(huán)境氣流影響，經(jīng)常只有最上面的一只蠟燭熄滅，如果想要獲得更好的實驗效果，需要準備大量的二氧化碳氣體才行。

徐掌印的“二氧化碳性質(zhì)實驗的創(chuàng)新設(shè)計”[4]，見圖4。利用塑料瓶和棒棒冰塑料袋自制實驗裝置，將二氧化碳的多個實驗進行一體化設(shè)計，提高了實驗效率。該自制教具材料廉價易得，但在制作時，如何將進氣孔和出氣孔密封好存在一些困難；同時該實驗改進拋棄了“傾倒氣體”操作，改用導管直接通氣體，致使原實驗設(shè)計的教學功能得不到體現(xiàn)，實屬遺憾；并且實驗時，高蠟燭很難熄滅，實驗用時較長。

周德富和雷開義的“廢物利用，改進二氧化碳的滅火實驗”[5]，見圖5。利用去底的塑料瓶、橡膠塞和導管自制“簡易漏斗”，希望二氧化碳氣體通過“簡易漏斗”流入到燒杯底部，從而實現(xiàn)下面蠟燭先熄滅的現(xiàn)象。然而一般實驗室擁有的導管直徑都比較小，不利于二氧化碳氣體向下流動，導致實驗效果非常差，只能偶爾看到下面蠟燭火焰稍微變?nèi)酢?/p>

立足于教材的原型實驗，保留傾倒二氧化碳氣體的操作，吸取已有自制教具的優(yōu)缺點，取長補短，不斷實踐與完善，最終制作了如下自制教具，可以非常好地完成“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗。

三、筆者的自制教具

1.實驗用品

厚度為0.3 cm的普通玻璃（或?qū)嶒炇译娊獠郏⒉ＡУ丁⒛z帶、透明玻璃膠、打磨石、鐵質(zhì)階梯、蠟燭、二氧化碳氣體等。

2.實驗裝置

實驗裝置由鐵質(zhì)階梯和玻璃盒（見圖6所示）組成。在玻璃盒（上面敞口）中放有下端有孔的隔板，將玻璃盒分為燃燒區(qū)和傾倒區(qū)，將氣體從傾倒區(qū)倒入，氣體通過隔板下的孔進入燃燒區(qū)，最終實現(xiàn)蠟燭由下而上地熄滅。

3.制作教具

（1）用玻璃刀裁取一塊長11.5 cm、寬9.7 cm的玻璃做教具的底面；

（2）裁取長11.5 cm、寬10.4 cm兩塊玻璃做教具的前后面；再裁三塊長10.4 cm、寬9.0 cm的玻璃片；

（3）將其中一塊（長10.4 cm、寬9.0 cm）玻璃片（在9.0 cm邊）用玻璃刀裁去一個小缺口（如筆者的是半徑為2 cm的半圓），將此玻璃片作為自制教具的隔板；再取相同一塊玻璃片同樣裁去一個缺口（如半徑約為3 cm的半圓），將此作為右側(cè)面；分別用打磨石對玻璃進行磨邊處理；

（4）用寬膠帶在外圍先將玻璃片粘結(jié)成圖7-a形狀，其中隔板與左側(cè)相距6.8 cm，最右側(cè)玻璃片大約傾斜75°，然后用透明玻璃膠打在玻璃接口（內(nèi)側(cè)），放置24小時，使玻璃徹底粘結(jié)在一起；

（5）取一塊寬1.6 cm、長17.7 cm的鐵皮，彎曲成可以放兩只蠟燭的階梯，如圖7-a中所示。

4.制作說明

（1）以上尺寸均為筆者制作所用尺寸，并不是標準，可以適當增大或縮小；

（2）玻璃邊緣一定要進行打磨處理，確保安全，防止劃傷手；裁玻璃等操作可以請玻璃店專業(yè)人員幫忙；

（3）最右側(cè)玻璃片劃去一個缺口（半徑為3cm的半圓）并傾斜約75°，是為了便于傾倒氣體，同時縮小右側(cè)傾倒區(qū)的容積，使更多的氣體流到左側(cè)燃燒區(qū)，使現(xiàn)象更明顯，氣體用量更少；

（4）也可以用實驗室電鍍盒（亞克力材質(zhì)）來制作，方法相同，步驟更少更簡單，教具如圖7-b所示。

5.實驗操作

（1）取一只250 mL（或125 mL）的集氣瓶，用排空氣法收集二氧化碳氣體，備用；

（2）將兩支短蠟燭固定在鐵質(zhì)階梯上，點燃，放入左側(cè)“燃燒區(qū)”中間；

（3）向右側(cè)“傾倒區(qū)”內(nèi)傾倒二氧化碳氣體（如圖8所示），可以非常明顯地觀察到下面蠟燭先熄滅，上面蠟燭后熄滅；

（4）當蠟燭熄滅后，可向玻璃盒內(nèi)伸入燃著的木條，觀察到木條熄滅，也可分析出二氧化碳具有的性質(zhì)（突破固定思維，進行逆向操作，激發(fā)學習興趣和創(chuàng)新意識）。

6.教具優(yōu)點

（1）立足教材，服務(wù)教學。本自制教具立足于化學教材，保留傾倒二氧化碳實驗操作，回歸教學的起點，回歸課本，符合科學知識和科學過程相統(tǒng)一的原則，可激發(fā)學生學習興趣和創(chuàng)新意識，發(fā)展探究能力和理性思維，能很好地服務(wù)實驗教學。

（2）裝置簡單，經(jīng)濟實用。本自制教具取材容易（街上玻璃店或?qū)嶒炇遥Y(jié)構(gòu)簡單，造價低廉（玻璃材料與人工共20元，用亞克力電解槽5元），外形簡潔，便于自制。

（3）操作簡便，現(xiàn)象明顯。自制教具完美地繼承了教科書設(shè)計簡約、容易觀察的優(yōu)點，同時降低了操作要求，性能穩(wěn)定（無論實驗者是否有經(jīng)驗都能獲得實驗成功），安全可靠，一次制作可長期使用，非常適合課堂演示和分組實驗，具有很高的應(yīng)用和推廣價值。

四、教具在實驗教學中的應(yīng)用與體會

1.教具應(yīng)用

在“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗中，筆者的教具表現(xiàn)出非常好的性能，其實只要稍加改動，還可以完成下列實驗：

（1）檢驗蠟燭燃燒產(chǎn)物實驗。點燃階梯蠟燭，放入玻璃盒中，用硬紙板（或玻璃片）蓋好，可以看到四周玻璃上有水霧，等兩只蠟燭都熄滅后，取出蠟燭，從傾倒區(qū)倒入少許澄清石灰水，傾斜，搖晃，可以看到石灰水變渾濁，分析得出蠟燭燃燒生成水和二氧化碳。

（2）驗證氧氣密度比空氣大實驗。點燃一支短蠟燭（或圓餅形蠟燭），放入玻璃盒中，向傾倒區(qū)內(nèi)慢慢傾倒250 mL氧氣，可以看到蠟燭燃燒更旺，有白光，分析得出氧氣密度比空氣大，有助燃性。

2.應(yīng)用體會

在實驗教學中，利用本教具來演示（或?qū)W生分組）上述三個實驗，可讓學生非常直觀、形象地感知實驗現(xiàn)象，使復(fù)雜問題簡單化，解決課本原實驗（或課本闡釋）存在的問題，消除學生“到底是不是”的疑惑。為此，筆者越發(fā)覺得，依據(jù)實驗教學中存在的問題，就地取材，自制有效的、安全的、方便的、匹配的實驗教具，顯得尤為必要。優(yōu)秀的自制教具，可以給予學生耳目一新的感覺，激發(fā)學習興趣，誘發(fā)探知欲望，引發(fā)理解性探究學習，使其在探究中明析原理，在交流中構(gòu)建知識，切實提升實驗教學效果。

參考文獻

[1]姜跟華.“二氧化碳熄滅蠟燭”實驗改進的分析與優(yōu)化[J].實驗教學與儀器，2021，38（1）：30-33

[2]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

[3]趙雅萍，魏銳.基于便捷理念的二氧化碳的制取及性質(zhì)實驗一體化設(shè)計[J].化學教育，2017，38（7）：69-73

[4]徐掌印.二氧化碳性質(zhì)實驗的創(chuàng)新設(shè)計[J].教學儀器與實驗，2009，25（10）：15

[5]周德富，雷開義.廢物利用，改進二氧化碳的滅火實驗[J].中學化學教學參考，2014（3）：56