蠟燭燃燒實驗
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蠟燭燃燒實驗范文第1篇
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文章編號：1005?6629（2014）3?0051?02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
“對蠟燭及其燃燒的探究”是現行人教版九年級化學教科書第一單元課題2“化學是一門以實驗為基礎的科學”的主要部分[1]。蠟燭的燃燒是常見的化學現象，課本旨在通過對該實驗的觀察、記錄、分析，說明發現和驗證化學原理，學習科學探究的方法，并激發學生對化學的學習興趣。筆者通過實踐發現課本實驗設計有如下不足：（1）為驗證蠟燭燃燒的產物是二氧化碳，將一個內壁用澄清石灰水潤濕的燒杯罩在火焰上方――該方法實驗現象不明顯。雖然石灰水也能變渾濁，但可能是析出了Ca（OH）2固體，因為熟石灰的溶解度是隨溫度的升高而減小的，或直接蒸發水分而析出Ca（OH）2固體，因此解釋較勉強。（2）熄滅蠟燭后，用火柴去點蠟燭剛熄滅時產生的白煙，實驗成功率較低。
因此，有些化學工作者對該實驗進行了探索和創新[2，3]。采用在蠟燭火焰上倒扣一個漏斗，并連接其他裝置的方法。也有“用一個試管收集蠟燭燃燒生成的二氧化碳，再向試管中滴入澄清的石灰水，振蕩”的方法[4]。
筆者通過探究，設計了將蠟燭放在密閉的錐形瓶中燃燒的新方法，實驗裝置簡單、操作容易、現象非常明顯，能有力證明蠟燭的燃燒產物是二氧化碳。此外，對“使熄滅蠟燭復燃實驗”也作了改進。在燃燒的短蠟燭上套上長玻璃管，吹滅蠟燭，在上端口可成功將蠟燭引燃。該方法實驗成功率高，而且可清晰地看到白煙燃燒的過程。
1 實驗用品
澄清石灰水、2 cm短蠟燭一支、5 cm短蠟燭一支、橡膠塞2個、燃燒匙1個、250 mL錐形瓶2個、玻璃管（Φ32 mm×180 mm）1根、火柴1盒。
2 實驗裝置
改進后的實驗裝置如圖1和圖2所示。
注：A、B為250 mL的錐形瓶，各帶一個橡膠塞。其中A的橡膠塞穿插一個燃燒匙，燃燒匙下端固定一根2 cm的短蠟燭。
3 實驗步驟及現象
（1）在錐形瓶A、B中倒入10 mL澄清的石灰水，B用橡膠塞塞好以作對照（如圖1所示）。取出A中的橡膠塞，點燃燃燒匙下端的蠟燭，過一會兒伸入錐形瓶A中。待蠟燭熄滅，同樣程度地振蕩錐形瓶A、B，結果A中的石灰水變渾濁，B中的石灰水仍然澄清。這一實驗說明A中蠟燭燃燒的產物是二氧化碳。
（2）將5 cm蠟燭尾部的蠟微微烤熔，趁熱將蠟燭固定在實驗桌上。點燃蠟燭，待蠟燭燃燒旺盛后，在蠟燭的兩邊平行地放兩根火柴，然后在火柴上放一根玻璃管（Φ32 mm×180 mm）套住蠟燭（如圖2所示）。從玻璃管的上端口吹滅蠟燭，片刻可看到有大量的白煙上升，用燃著的火柴放在玻璃管上端口即可成功將下面熄滅的蠟燭引燃（有一團火苗向下串直至將燭芯點燃）。能取得這樣的實驗效果，其原因有兩點：一是受熱的玻璃管對上升白煙（石蠟蒸汽）起到了保溫作用；二是防止白煙飄散，能保證飄出的白煙基本上呈直線上升狀態。
4 改進后實驗具有的優點
（1）實驗裝置簡單，取材容易。新設計的實驗方案僅增加錐形瓶、燃燒匙、玻璃管，取材容易，方法簡單環保。
（2）實驗現象明顯。第一個改進實驗可嚴謹地證明蠟燭燃燒的產物是二氧化碳。第二個改進實驗用火柴去點蠟燭剛熄滅時產生的白煙。由于燃著的火柴離燭芯很遠（達十多厘米），可清晰地看到火苗向下串的過程，具有強烈地視覺沖擊效果。
（3）實驗成功率高。用火柴去點蠟燭剛熄滅時產生的白煙――這是一個非常難做的實驗。筆者曾與同行進行交流，都說很難做――做3次最多成功一次，而且現象不明顯。改進后的實驗成功率達到100%，排除了直接點燃燭芯的嫌疑，還可觀察到白煙燃燒的過程，實驗效果非常精彩。
參考文獻：
[1]全國九年級義務教育化學教科書[M].北京：人民教育出版社，2013：12～13.
[2]梁永新.蠟燭燃燒的實驗改進[J]. 中國教育技術裝備，2007，（8）：25.
蠟燭燃燒實驗范文第2篇
關鍵詞：完全燃燒；不完全燃燒；蠟燭燃燒；燃燒產物；實驗分析；實驗改進
文章編號：1008-0546（2015）07-0095-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.07.035
課堂教學的高效化和教材教法的最優化是教師在教學過程中不懈追求的目標，也是開展高效教學工作的一個重要前提。課程標準指導我們該教會學生什么，教材就是我們教學的工具，而實驗作為一種教學手段在化學課堂教學中起著無可替代的作用。如何根據不同教學內容設計“好”實驗、用“好”實驗并且做“好”實驗是我們要不斷探求的課題。現代教學理論認為，教“是學習的外部條件，為學服務”。因此，教材也就變成了學習的工具，教師教學設計的展開及對教材中實驗的設計應該圍繞學生主體來進行。學生懷疑什么，我們就設計什么；學生不理解什么，我們就針對什么來設計。課本實驗無疑是非常重要的，滬教版化學教材中，實驗占了很大的比例，我們可以利用好這些課本實驗幫助理解更深層次的問題。
通過對初中化學課標及教材的分析，我們會發現在化學實驗的系列設計中，實驗內容常常會進行多次重復研究和探索。如：蠟燭實驗的應用，在第一章第二節“化學研究物質的性質與變化”中用它解決了物理變化和化學變化的區別、實驗現象的觀察方法及物質性質學習的一般步驟；在第四章“完全燃燒和不完全燃燒”中用它解決了不同類型燃燒的現象及產物等問題。這里，筆者就滬教版教材實驗中的蠟燭實驗結合“完全燃燒和不完全燃燒”來談談個人在教學實踐中的一點想法。
一、問題的提出
在學習“燃燒條件”的過程中，為了使學生充分認識燃料完全燃燒的重要性，并體會完全燃燒與不完全燃燒的區別，教材中設計了如下的學習方案：先提以問題以引起學生對燃燒現象的興趣：在日常生活中，你也許見過這樣的情景：液化氣灶、煤爐等燃具都留有空氣進口，且空氣進口大小可以調節；學校、工廠等單位使用的鍋爐要用風機鼓風。你知道其中的道理嗎？再輔以演示實驗幫助學生理解和推論：蠟燭不完全燃燒的實驗（見教材第94頁交流與討論）。但在演示過程中遇到了種種問題，歸結如下：
（1）蠟燭本身成分比較復雜，用這樣一個復雜的物質去說明完全燃燒和不完全燃燒的現象時，所要解釋的問題比較多。
（2）不完全燃燒的產物并不僅僅是只有一氧化碳一種，還有其它一些如炭黑、碳氫化合物等，但是演示實驗包括適當補充的圖片資料（如森林著火的黑煙、民居著火的滾滾濃煙等）中均未能體現出不完全燃燒產物的多樣性。
（3）在蠟燭實驗演示后，學生常將炭黑做為不完全燃燒的必然產物并書寫入反應的表達式中，對一氧化碳等其它不完全燃燒產物的認識往往不夠充分。
（4）對完全燃燒和不完全燃燒發生的條件為是否具有充足的氧氣，學生常常覺得氧氣充足不充足并不是一個容易判斷的標準。
二、查閱資料
為了更清楚地解釋蠟燭燃燒的各種問題，我查閱了大量資料，對蠟燭的成分、燃燒原理、產物情況等各方面做了一次詳細的小結。結果如下：
（1）蠟燭的組成
蠟燭由石蠟和綿芯組成，石蠟的主要成分是固態烷烴類物質的混合物，其中二十二碳烷和二十八碳烷含量最高。
（2）蠟燭燃燒原理及相關現象
蠟燭燃燒時發生的主要反應是石蠟與空氣中的氧氣發生的氧化反應。
2C22H46+67O2[=][點燃]44CO2+46H2O
2C28H58+75O2[=][點燃]56CO2+58H2O
反應過程中，伴隨有熔化、放熱、發光等現象。由于石蠟中固態烷烴中碳的質量分數高，在空氣中較難充分燃燒，故反應過程中常常有少量的黑煙生成。
2C22H46+23O2[=][點燃]44C+46H2O
2C28H58+29O2[=][點燃]56C+58H2O
燭焰也分三層，最內層幾乎不能接觸空氣（氧氣），沒有發生燃燒，故焰心部分基本上由石蠟蒸氣組成，顏色很淺，呈淺藍色，若用短玻璃管通入焰心中，會在玻璃管的末端出現有白煙；中間部分接觸空氣（氧氣），但接觸不充分，產生不完全燃燒，有大量固體的炭粒產生，故溫度不太高，但由于固體顆粒受熱激發發生較明亮的可見光（即：蠟燭燃燒的光亮主要是來自沒有完全燃燒的高溫微炭顆粒的黑體輻射，并非是燃燒本身的能量轉化，對比之下氫氣、酒精、甲烷等物質的燃燒就無如此明亮的光亮出現），因此，內焰部分最明亮，呈明亮的黃色火焰；外層接觸空氣（氧氣）充分，燃燒完全，基本不產生固體顆粒，因此火焰顏色很淡（幾乎不易觀察到或顯較淺的橙紅色），但由于燃燒充分，產生的熱量多，故溫度最高。這也幫助我們解釋了兩個常見問題：為什么蠟燭火焰溫度是外焰最高、焰心最低？為什么蠟燭火焰是內焰最亮？
（3）蠟燭燃燒產物
蠟燭不完全燃燒的產物主要有：炭黑、碳氫化合物、一氧化碳等。
三、問題的探討
對于完全燃燒與不完全燃燒，另一種說法可能更能為我們所理解：不完全燃燒時，燃料在燃燒過程中產生了還可以繼續燃燒的物質。這樣與蠟燭不完全燃燒的產物相結合：炭黑、碳氫化合物、一氧化碳等物質均是可以繼續燃燒的。而課本上的演示實驗也可以通過改進讓它更加豐滿一些，更能說明問題一些。
例如：比較蠟燭、酒精燈燃燒的完全程度：將兩種含碳物質分別點燃后，用白瓷板分別壓在火焰上方觀察現象，發現蠟燭火焰上的白瓷板上有黑色物質出現，而酒精燈火焰上的白瓷板上無黑色物質出現，只有明顯的水霧現象。
由以上實驗可得出結論：觀察不完全燃燒現象應該選用分子中碳原子數較多的可燃性物質，如石蠟等，而對于碳原子個數較少的簡單有機物易完全燃燒，或不完全燃燒產物一般以CO為主，產生炭黑的可能性較小的物質應該避免選用，如酒精、甲烷等。
又如不完全燃燒產物研究。上面我們提出“不完全燃燒時，燃料在燃燒過程中產生了還可以繼續燃燒的物質”，對于不完全燃燒產生的CO，學生對其可燃性已經有了一定的了解，但是對炭黑等物質是否具有可燃性還是報以懷疑的態度，因此，對這一點，我做了以下實驗：用玻璃管通在火焰外焰上，發現玻璃管上方產生大量黑煙。用燃著的酒精燈放在管口黑煙處發現產生明黃色火焰。
但是火焰中還存在可燃性的石蠟蒸氣，筆者認為這個實驗對炭黑的可燃性的說服力不夠，因此又進行了第二次實驗如下：
用兩根玻璃管分別在蠟燭火焰上灼燒至下端變黑，這個黑色物質即蠟燭不完全燃燒生成的炭黑附著在玻璃管上。將一根“變成黑色的玻璃管”用抹布輕輕擦拭，發現黑色物質可被完全擦去，且玻璃管本身無明顯變化；將另一根“變黑的玻璃管”的黑色的一端在酒精燈上灼燒，發現黑色固體逐漸變得紅熱，并且慢慢減少，直至完全消失。由此說明炭黑也是具有可燃性的，只是其燃燒需要的條件比木炭等苛刻，且難以自行持續燃燒。
總之，化學實驗在化學教學中的地位無可替代，我們不僅要充分利用課本實驗進行知識的講授，還要對知識進行遷移，并且，我們還可以對課本實驗的設計提出挑戰，設計出更能鍛煉學生思維和操作能力的實驗。而當學生對知識的認知出現共性的問題時，我們也不妨試試能否用實驗的手段來解決。同時，高新技術的發展也將我們的實驗設計帶入了新的科技領域。
參考文獻
[1] 范曰清.關注學生主體的初中化學教學設計優化策略[J].化學教與學，2012，（5）：5-8
蠟燭燃燒實驗范文第3篇
關鍵詞：學生實驗；蠟燭燃燒；燃燒的條件；化學觀念
文章編號：1008-0546（2017）01-0019-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.005
筆者在《教學與管理（中學版）》2014年第11期上發表了《不同版本初中化學教材“學生實驗活動”內容編寫特點及對比分析》一文，對比了三個版本教材中8個“學生實驗活動”的編寫特點，提出學生實驗活動的策略，被人大復印報刊《中學化學教與學》轉載于2015年第2期上。就如何M織學生實驗的教學活動，很多同行要求介紹具體操作流程。2013年11月，筆者參加了江蘇省初中化學優質課評比活動，設計并執教了“學生實驗活動三――物質燃燒的條件”，獲得一等獎。該設計完全突破教材的預設，以蠟燭的燃燒為主線，拓寬了學生的視野，增進了對科學探究的理解，得到點評專家的高度贊揚。經過兩年多的實踐和反思，又得以豐富和發展。現以本節“學生實驗活動”課的課堂組織為例，拋磚引玉，與同行交流學習。
一、整合不同版本教材資源，從學科觀念的高度確立探究主題
探究主題的確立是學生實驗教學的核心，也是培養學生探究意識和提高探究能力的重要途徑。“物質燃燒的條件”是課程標準規定的8個學生實驗活動之一，由化學學科的學習來看，通過實驗怎樣才能學到更多的化學知識，亦即為什么要把燃燒作為初等化學中的一個主題？解決了這個問題，就能夠通過教學和實驗活動使得學生加深對于燃燒、著火和滅火的進一步的認識和感悟，所以這是一個值得認真研究的問題[1]。
為了讓學生認識化學變化的控制之本，揭示知識背后隱含的化學思想，筆者通過對比人教版、滬教版、魯教版、科粵版四個版本教材中該實驗設計發現，除魯教版教材外，三個版本教材都采用蠟燭作為實驗用品，將燒杯罩住點燃的蠟燭，說明燃燒的條件之一：需要有氧氣（或空氣）。因此，筆者對教材實驗進行深層次的拓展，充分挖掘“蠟燭的燃燒”的教育價值，將探究的主線確定為“初探――再探――三探――反思”蠟燭的燃燒4個板塊[2]（表1）。
通過主題探究，使學生從化學的角度認識燃燒就是一種化學反應，控制和優化燃燒的條件就能控制和促進燃燒的進行，揭示知識背后隱含的化學思想。使學生自然而然地從自然走近化學，體會到化學就在身邊，啟發學習化學的興趣和愿望。
二、從“三維目標”的高度整體規劃，建立化學思想方法
建立化學思想方法，有利于更深刻把握問題的本質，樹立分析問題的廣闊視角，提高解決問題的能力。該設計既關注有效推進學生的理性思維，幫助學生理解和掌握燃燒的條件的內涵和外延，又關注教材內容、化學學科觀念與學生已有生活經驗的有機結合。學生自然會有意識地利用燃燒、控制燃燒。通過控制反應條件以及反應物的量，可以使反應向著有利于人類的方向進行，從而使化學反應更好地服務于人們的生活。
例如：[初探――蠟燭的燃燒]
[分組實驗]1.點燃蠟燭，觀察蠟燭燃燒過程中的現象；2.將冷的蒸發皿放在火焰的上方，提出與蠟燭燃燒有關的問題。
生1：為什么蠟燭需要有一根燭芯？燭芯的作用是什么？
生2：為什么冷的蒸發皿上會有黑色物質產生？
生3：為什么蠟燭剛開始時，不易點燃且火焰較小？
生4：為什么蠟燭在吹滅時，有一股白煙？
[設計意圖]提出一個問題，往往比解決一個問題更重要。通過讓學生觀察蠟燭的組成，蠟燭在燃燒過程中、熄滅瞬間以及冷的蒸發皿上的現象并提出相關問題，引入課題。
師：要了解其中的奧秘，接下來請各小組認真閱讀相關實驗要求、操作步驟及注意事項，完成實驗，將實驗現象和結論填寫在實驗報告上，探究物質燃燒的條件（表2）。
師生通過實驗現象分析、總結得出：要使燃燒反應發生，必須同時滿足三個條件：（1）物質具有可燃性；（2）可燃物與充足氧氣接觸；（3）可燃物的溫度達到其自身的著火點（即可燃物燃燒所需要的最低溫度）。
[視頻展示]播放筆者引燃煤爐的視頻，解釋將引火材料（紙、刨花、木塊）和蜂窩煤依次放置的依據是什么？
[演示實驗] 取備好的綠豆粒大小放入盛有開水的燒杯中，并將白磷用小鐵圈罩住，再分別另取一塊相同大小的白磷和紅磷置于兩支試管中，迅速罩上氣球，也放入燒杯中。學生觀察到試管中的白磷燃燒了，而水下的白磷和紅磷沒有燃燒。再將事先收集滿氧氣的大試管罩住水下的白磷，請大家注意觀察實驗現象并加以分析，其中的原理是什么呢？
[設計意圖]通過分組實驗、視頻展示、演示實驗、問題引領等環節，采用控制變量法、對比法和分析歸納法等多種科學探究方法，從“水火不容”到“水火相容”，在取得實驗事實的基礎上分析實驗現象，增強了學生的學習興趣，使學生對物質燃燒的條件有特別深刻的認識，在具體知識的學習中形成和發展對化學觀念的認識；形成認識上述內容的基本思路和方法。在具體知識的教學中有效實施觀念教學[4]。
再如：[再探――蠟燭在氧氣中的燃燒]
師：是不是有了這三個條件，我們就可以很好地利用燃燒為我們服務了呢？接下來請大家看幾幅圖片。
[課件展示]我省四市因焚燒秸稈而產生的霧霾天氣圖片。
[分組實驗]蠟燭在氧氣中的燃燒，比較蠟燭在空氣和在氧氣中燃燒現象的異同。總結使燃燒變得更旺的方法。
[演示實驗]在燃著的酒精燈火焰上撒少量的還原鐵粉、酒精噴霧燃燒。
[課件展示]碳與氧氣反應的微觀示意圖，從微觀分析碳在空氣中和在氧氣中的反應。
通過實驗現象，總結得出：增大氧氣的濃度或增大可燃物與氧氣的接觸面積，都能促進可燃物燃燒。
[設計意圖]由焚燒秸稈產生的霧霾天氣，得出必須優化燃燒的條件的結論，使得燃燒朝著有利的方向發展。與在空氣中的燃燒相比，蠟燭發生了完全燃燒，放熱多，污染少。鐵粉的燃燒有利于消除學生界定可燃物的迷思概念，高燃點的可燃物，如金屬、石頭等，學生從其生活經驗中，建立了無法以點火的方式使它開始燃燒的錯誤認識，故將其歸類為不可燃物。篩鲅菔臼笛椋簡潔明了，現場很有震撼力。使學生感受化學在實際生產、生活發展中的價值，使整個探究活動水到渠成。而這些恰恰是化學實驗教學的魅力所在，也是化學學科育人的價值所在。
三、學生實驗活動，不能只強調操作，注重問、思和法
課標倡導以科學探究為主的多樣化的學習方式，探究學習要緊密結合化學核心知識的學習。教師應適時地設計并提出有一定層次和思維容量問題，將探究教學與創新能力培養通過高級思維能力建立起本質上的聯系，將科學探究教學與創新能力培養落到實處[5]。
如：[反思――蠟燭的燃燒]
[視頻展示]將一支較粗的蠟燭點燃，慢慢放入盛有水的小魚缸中（圖1），觀察現象。
問題1：用火柴點蠟燭時，為什么開始不易點著？
問題2：蠟燭一經點燃，為什么能持續燃燒？
問題3：蠟燭火焰為什么會閃爍搖晃？為什么火焰呈拉長的水滴形？
問題4：燭身上部為何形成杯子的形狀？燭油為何儲存在“杯子”中，而未直接燃燒？
問題5：為什么水中燃燒的蠟燭最后變成了“水晶杯”呢？為什么在水中燃燒的過程中，火焰在不斷的掙扎，最后還是熄滅了呢？
[設計意圖]增加蠟燭在水中燃燒的趣味實驗，將課堂的氣氛推到，使整節課的設計流程遵循認知發展由淺入深的客觀規律，使不同認知層次學生能在自己的最近發展區獲得發展。將“物質變化是有條件的”“宏微結合”“化學與社會的和諧發展”“假設、模型與實驗”等思想方法相結合，引導學生在學習過程中，潛移默化地滲透教材中蘊涵的化學思想方法，感悟化學知識和化學思想方法相輔相成的關系[6]。
四、結語
教師應增強對新課程實驗教學的認同、實施和創造，多發現問題、解決問題、去偽存真，獲取真實、原創的知識，再將真實的、能用的知識傳授給學生，讓學生在動腦、動手之余，參與意識、合作精神、操作技能、探究能力和實驗素養得到提升。促使實驗教學從“以知識為本”向“以學生發展為本”轉變。同時，應處理好教師引導探究和學生自主探究之間的關系，所選用的教學方式應與學生具體的學習任務、學習活動和學習方式相適合，以保證教學方式運用的有效性[7]，以此達到提高學生的學科素質和創新能力的目的，這才是化學實驗教學優化和創新的價值所在。
參考文獻
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[5] 王磊.基于培養學生高級思維和創新能力的化學探究教學發展趨勢[J].化學教育，2014（7）：5-9
蠟燭燃燒實驗范文第4篇
復習課上，一道非常熟悉的探究題引起了我們的爭論。
題 高低不同且燃著的兩支蠟燭罩上透明玻璃罩后，哪支蠟燭先熄滅?(如圖)
絕大多數同學認為低的蠟燭先熄滅，他們的解釋是；蠟燭燃燒會產生二氧化碳氣體，而二氧化碳氣體的密度比氧氣大，因此二氧化碳氣體要下沉，使玻璃罩內下部的二氧化碳含量高。少部分同學認為高的蠟燭先熄滅，他們的解釋是：燃燒生成物產生的熱氣密度小，集中在玻璃罩上部，所以玻璃罩內上部二氧化碳含量高。
同學們的兩種觀點及理由都有道理，誰也說服不了誰，但有一些觀點是一致的，即：
(1)蠟燭燃燒需要氧氣，二氧化碳不支持燃燒，這是對此題做出判斷的出發點。
(2)判斷哪支蠟燭先熄滅的關鍵在于，蠟燭燃燒過程中，罩子里面的二氧化碳氣體究竟是上升還是下降的?
于是我們利用教材中所附的“物質密度表”做了進一步研究，得到了下述結論：
(1)在常規條件下，二氧化碳氣體的密度比氧氣的密度大；
(2)氣體密度因溫度條件的變化而變化，蠟燭燃燒時產生的二氧化碳氣體，其溫度比周圍空氣溫度要高許多。
這樣看來，在本實驗條件下，應該是高的蠟燭先熄滅了。大家感到很驚訝。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。我們來到實驗室，在一塊玻璃板上安置了一長一短兩支蠟燭，蠟燭點燃后，又用透明玻璃罩將它們罩了起來。結果是高的蠟燭先熄滅，同時還觀察到玻璃罩內壁變黑。
我們又對實驗作了進一步的研究，將頂部有孔的鐘罩罩在蠟燭上面，結果發現實驗現象截然不同，這種情況下是低的蠟燭先熄滅。這說明燃燒生成的二氧化碳是上升的，因為鐘罩頂部有孔，使二氧化碳從孔里跑出去，下部二氧化碳含量高于上部，所以在此實驗條件下，低的蠟燭先熄滅。
蠟燭燃燒實驗范文第5篇
關鍵詞：質疑；探究
文章編號：1005－6629(2008)04－0012－03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：C
1 學生的質疑
在用紅磷測定空氣中氧氣的體積分數的實驗教學中，我們讓學生在家中把蠟燭固定在盛有水的大盆中，點燃蠟燭，再用一個玻璃杯（或小燒杯、大燒杯等）罩上，杯邊緣浸沒在水中，使蠟燭在密閉的杯中燃燒，一段時間后觀察蠟燭有何變化？杯中的水位有何變化？能否用該實驗來說明空氣中氧氣的體積分數占五分之一？
然而，學生反應強烈，得出的實驗結論有的完全相反，爭論的焦點是大杯子與小杯子做實驗水位上升的幅度差距很大，小杯子（如50 mL的小燒杯）水位上升幅度超過杯高的五分之一，而大杯子（如400mL以上的大燒杯）水位上升幅度小于杯高的五分之一。
2 實驗探究
2.1水位上升的高度與燃燒著的蠟燭火焰周圍空氣受熱膨脹有關
針對學生的爭論，師生一起首先對蠟燭燃燒時火焰對周圍環境溫度的影響進行了測試，蠟燭火焰垂直正上方即使在15cm處，溫度與室溫相比也要高出40℃以上，而蠟燭燃燒火焰周圍距火焰中心水平距離4cm處，溫度與室溫相比高出一般在5℃以內，可見越是靠近蠟燭火焰溫度越高，這個區域內空氣受熱膨脹變化也就越大，小燒杯由于直徑小，所罩區域正好是蠟燭火焰溫度最高的區域，該區域溫度高空氣受熱膨脹變化最大；而大燒杯直徑大，所罩蠟燭火焰區域大，大區域內的空氣受熱膨脹的平均值也就小，當大、小燒杯中的蠟燭燃燒熄滅后杯內的熱空氣都冷卻到室溫時，小燒杯中的水位上升的相對幅度也就必然大于大燒杯，這是出現小燒杯中的水位上升高度超過杯高的五分之一，大燒杯中的水位上升高度小于杯高的五分之一的重要原因之一。
2.2 水位上升的高度與密閉容器內氧氣消耗的程度有關
蠟燭在倒扣于水中的大小不同的燒杯中燃燒，是否都能將杯中的氧氣消耗盡呢？為了提高實驗的準確性我們用試劑瓶代替燒杯進行實驗，并同時用紅磷、木炭進行實驗對比。
實驗分兩步進行，第一步實驗方法及實驗裝置與“滬教版”課文第26頁“測定空氣中氧氣含量”實驗相似，在試劑瓶中先放入10mL濃氫氧化鈉溶液（目的是除去蠟燭燃燒生成的二氧化碳）；將帶導管的單孔塞改為雙孔塞（便于第二步用注水法將反應容器中剩余的氣體排出）并將導管都用止水夾夾住。第二步實驗：是將第一步實驗后瓶中的剩余氣體用排水法導入另一個試劑瓶中（該瓶放入了一根1.5m長的繞成螺旋狀并用稀鹽酸浸泡后又用大量的清水沖洗過的細鐵絲）。實驗中所用蠟燭為同一支長蠟燭截成的四小段，且每段出的被點燃的棉忒長均約為0.6cm。部分實驗的數據見下表：（表內體積單位均為mL）
從理論上講物質在密閉容器中燃燒幾乎能消耗盡容器中所有的氧氣，但其實不然，從上表數據中我們可以看出實驗第二步中鐵絲表面出現的黑色物質（主要成分為四氧化三鐵）和紅褐色物質（主要成分為三氧化二鐵）均為鐵的氧化物，顯然上述物質在密閉瓶中燃燒并沒有能將瓶中所有的氧氣耗盡，而且反應容器大，反應過程中也很容易造成局部缺氧而停止反應，也就更難將容器中的氧氣全部耗盡，這樣進入大瓶的水相對來說也會更少。
可見，大小杯內水位上升高度的不同，與杯內空氣受熱膨脹的程度、氧氣的消耗程度等因素有關。在對比實驗中同學們還發現紅磷在密閉試劑瓶中燃燒氧氣消耗的程度明顯高于蠟燭。
此外，同學們還發現在相同空間內可燃物的燃燒面積大、燃燒劇烈、火焰旺，單位時間放出的熱量就多，周圍空氣受熱膨脹程度（范圍）也就大；燃燒面積小、燃燒不劇烈、火焰不旺，單位時間放出的熱量就少，空氣受熱膨脹程度也就小。
3 用紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗建議
為了提高用燃著的紅磷伸入試劑瓶中密閉燃燒的方法來測定空氣中氧氣含量的實驗的準確性，學生們查閱了許多相關資料并做了大量的實驗探究，在探究中他們發現除了要強調裝置的氣密性要好，紅磷量要足，要冷卻到室溫后才能打開止水夾外，認為還應注意以下幾個方面：
3.1 選擇的反應容器大小要適中（如選擇250 mL左右的廣口瓶）； 實驗前調整燃燒匙伸入瓶中的位置時，應考慮伸到瓶內的中下部。
3.2 為了盡量減少瓶中空氣受熱膨脹在密閉前外逸，燃著紅磷伸入試劑瓶中密閉的速度要快。
3.3 實驗前先將夾止水夾的導管內注滿水，然后再進行實驗，確保打開止水夾后有足量的水流入瓶中。
3.4 瓶塞內的導管口不要對準燃燒匙，防止反應過程中密閉瓶內壓強減小時橡膠導管在大氣壓的作用下發生形變，管內注滿的水少量被壓出流入瓶中正好滴在燃著的紅磷上，使燃燒停止從而反應不充分。
3.5 當打開止水夾后將廣口瓶內的導管口與瓶外燒杯內水位要齊平，使瓶內壓強與瓶外大氣壓相等，有足量的水流入瓶中。
3.6 一旦第一次實驗效果不理想要進行第二次實驗時，應先向反應瓶內注滿水排出瓶中第一次實驗反應后的剩余氣體，倒掉水后再進行第二次實驗。由于紅磷燃燒過程中產生的白煙為五氧化二磷, 它有毒性, 且有很強的吸水性, 它刺激粘膜，對皮膚有刺激和灼燒作用（組織脫水）。因此，反應結束后最好在反應容器中的白煙全部消失后再打開。
此外，為了節省實驗時間，實驗前（最好1―2小時前）將實驗所需的紅磷從試劑瓶中取出放在濾紙上充分吸干其水分，這樣實驗時紅磷易被點燃。
4 用紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗改進
針對用燃著的紅磷伸入廣口瓶中密閉燃燒的方法來測試空氣中氧氣的含量實驗過程中易產生少量熱空氣外逸，影響到實驗的科學性、準確性，我們引導學生對該實驗進行了改進，讓紅磷（白磷）燃燒在全封閉的測氣系統中進行。
4.1 實驗裝置如圖
4.2 操作方法和步驟：
4.2.1 甲、乙為兩個直徑4cm左右，長20 cm左右的玻璃管，連接裝置如圖所示，并將它們分別固定在兩個鐵架臺上，將甲玻璃管中水位調制在5 cm左右高并用紅色橡皮筋做上記號。再將甲玻璃管水位以上部分分成五等分用藍色橡皮筋做上記號。
4.2.2 用一根約20 cm長的粗銅絲（細銅棒）插入橡皮塞中（主要考慮銅的導熱性較強）， 玻璃管內部分的銅絲長約9 cm左右，并將其末端部分敲扁，制成小燃燒匙形狀， （如果玻璃管口徑較大的話，也可在橡皮塞上裝一個燃燒匙，將銅絲伸入燃燒匙的底部直接與白磷接觸）， 瓶外部分的粗銅絲彎成直角便于實驗時用酒精燈加熱。
4.2.3 取綠豆大小的白磷，在濾紙吸干其水分后再將其放在燃燒匙內伸入玻璃管中，塞緊橡皮塞；
4.2.4 用酒精燈外焰對準銅絲加熱大約1―2分鐘左右，白磷熔化、燃燒。
4.2.5 反應停止玻璃管冷卻后觀察甲玻璃管中的水位上升的情況。
4.3 改進后的優點：
4.3.1 白磷燃燒前后試管內氣體不與外界交換，而且反應容器較小，易將反應容器中的氧氣耗盡，結果更加準確。
4.3.2 反應在完全密閉的系統中進行，減少了污染。
4.3.3 加熱反應所用時間短，現象直觀明顯，易于觀察。
5 活動反思――對用木炭測定空氣中氧氣含量的再認識
在用紅磷測定空氣中氧氣的體積分數的實驗教學中，曾把這樣一道實驗題讓學生思考：“你還能設計什么實驗來測定空氣中氧氣的體積分數？甲同學將燃著的紅磷改成燃著的木炭（過量）伸入廣口瓶中密閉燃燒的方法來測定空氣中氧氣含量。當燃著的木炭熄滅廣口瓶冷卻后打開止水夾廣口瓶中有何現象？為什么？要想該實驗成功，甲同學應作怎樣的改進？”（有些教學輔導用書、習題上，甚至中考試題中都出現過這樣的類似實驗題）。引導學生討論后給出的答案是：廣口瓶中沒有水流入，因為反應生成的二氧化碳氣體的體積等于反應中消耗掉的瓶中氧氣的體積；要想該實驗成功只要事先在瓶中加入少量的濃堿（如濃氫氧化鈉溶液）即可。
然而學生實驗探究的實際結果卻要比所謂的“標準答案”復雜得多，實驗中學生們發現受空氣熱膨脹的影響，不加濃堿仍有水進入瓶中，而且進水量的多少還受瓶內空氣熱膨脹程度即加熱的木炭塊狀的大小、木炭加熱燃燒的程度、紅熱木炭伸入瓶中密閉的速度等因素的影響，而且木炭與蠟燭相似，在密閉的瓶內燃燒也很難將瓶內的氧氣全部耗盡。
為了防止實驗過程中有少量熱空氣逸出而影響實驗的準確性，我和學生們又做了這樣一個實驗：在密閉的玻璃管中用電熱絲對過量的干燥的木炭充分加熱至赤紅，使其與玻璃管中的氧氣充分反應，冷卻后打開止水夾，結果發現導管口有少量氣體溢出。經查閱資料、討論分析，主要是由于木炭與氧氣反應使容器內局部缺氧后生成的部分二氧化碳又會與紅熱的碳反應生成一氧化碳。（反應的總方程式為 2C+O2=2CO，反應前后氣體體積比為1：2 ）， 生成的一氧化碳的體積是消耗掉的氧氣的體積的2倍，所以反應后冷卻打開止水夾，導管內會有少量氣體溢出。
可見，不能用木炭代替紅磷來測試空氣中氧氣的體積含量的原因是多方面的。教學中我們往往會憑自己已有的知識經驗設計一些實驗或直接從所謂的權威資料上精選某些實驗試題，不經過實驗探究，就對實驗結果進行推測或輕信資料上的所謂的“標準答案”，而忽視了實驗可能出現的復雜性。因此，對教學中一些實驗（試題）有必要在課前進行認真細致探究，只有這樣傳遞給學生的信息才可能科學嚴謹，經得起實踐檢驗。否則一旦學生在自主探究中發現自己探究的結果與老師講的差距很大，必然會挫傷其開展實驗探究的積極性，影響學生學習化學的興趣。即便是有些實驗在現有的條件下進行探究很難達到預期的實驗效果，可向學生作適當的說明，不可以假亂真將不切合實際的信息傳遞給學生。
參考文獻：
