二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的创新设计（一）

1  化学教材中的实验方案

中学化学教材在探究二氧化碳化学性质时都不约而同地安排了 “二氧化碳熄灭阶梯蜡烛”的实验，如人教版九年级化学就设有该实验的方案， 见图１。当倾倒二氧化碳时，应该看到蜡烛自下而上依次熄灭的现象，这能说明 “二氧化碳的密度比 空气大”的物理性质，和 “二氧化碳既不能燃烧、 一般也不支持燃烧”的化学性质。可见，实验的成功对于学生形成物质概念十分重要

国内不同版本的教材采用的实验方案略有不同。沪教版中的阶梯蜡烛实验，在倾倒二氧化碳气 体时用玻璃片遮挡着蜡烛火焰，见图２；粤教版中的学生实验，则是通过自制的喇叭形纸筒来倾倒 二氧化碳，见图３。

查阅文献资料可知，国内学者对二氧化碳熄灭蜡烛实验的改进主要从装置上着手：（１）通过增加 挡板的方法，如在烧杯内增加隔板、毛玻璃片等阻 挡物来阻止下沉的二氧化碳气体与上方蜡烛火焰接 触，可以避免上方蜡烛先熄灭；（２）利用改变二氧化碳气流通道的方法，例如添加纸筒、漏斗，或连接粗导管、箱体、长阶梯等来导引二氧化碳气流顺利下沉，从而保证下方蜡烛先熄灭。

２ 本实验设计研究的意义

好的教学实验应该符合用品简单、现象明显、 安全可靠的原则。前面提到的实验方案中，图１的实验设计颇具代表性。观察证实，熟练教师进行 演示实验时一般都能成功，但师范生或中学生进行实验时的成功率偏低，他们常出现 “上方蜡烛先熄 灭”或 “２支蜡烛同时熄灭”的 “不正常”情况，因此许多研究者提出了多种改进方案。问题是，由于改进后的实验方案中添加了各式各样的辅助工 具，反而使实验复杂化了，以致在一定程度上影响了学生对实验原理的正确认知。

为了保持简约、直观的特点又能提高成功率， 在人教版教材实验方案的基础上进行了深入研究， 着力在 “阶梯蜡烛的设计”和 “二氧化碳气体倾倒 方法”处下功夫。与之前的改进方案不同，本文将用实验数据作支撑。

３ 研究过程

“二氧化碳熄灭阶梯蜡烛”的实验原理并不复杂，在室温下，二氧化碳的密度为１．９７７ｇ／Ｌ，大 于空气的密度 （１．２９３ｇ／Ｌ）。一般会认为，倾倒的 二氧化碳气体会顺利下沉至烧杯底部，实验必然成 功，但却忽略了二氧化碳气体在下落过程中自身的 扩散以及蜡烛燃烧时产生的上升热气流对下降的二 氧化碳气体所造成的影响。为此，进行了２方面的 改进。

３．１ 阶梯蜡烛的改进

如图１－图３中搭建的阶梯蜡烛占据了烧杯约 ２／３的空间，其燃烧产生的上升热气流容易阻挡二 氧化碳下降的通道。为了减小占用空间，改良了阶梯蜡烛的设计：将２支燃烧匙用细铁丝捆绑后分别朝向左和右，再将石蜡熔入燃烧匙中，加棉芯，制 成阶梯蜡烛。铁丝带有挂钩，可固定在烧杯中，还 可随意调节２支燃烧匙的间距，方便实验研究，见 图４。

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