1  化學(xué)教材中的實驗方案

中學(xué)化學(xué)教材在探究二氧化碳化學(xué)性質(zhì)時都不約而同地安排了 “二氧化碳熄滅階梯蠟燭”的實驗，如人教版九年級化學(xué)就設(shè)有該實驗的方案， 見圖１。當(dāng)傾倒二氧化碳時，應(yīng)該看到蠟燭自下而上依次熄滅的現(xiàn)象，這能說明 “二氧化碳的密度比 空氣大”的物理性質(zhì)，和 “二氧化碳既不能燃燒、 一般也不支持燃燒”的化學(xué)性質(zhì)?？梢姡瑢嶒灥某晒τ趯W(xué)生形成物質(zhì)概念十分重要

國內(nèi)不同版本的教材采用的實驗方案略有不同。滬教版中的階梯蠟燭實驗，在傾倒二氧化碳?xì)?體時用玻璃片遮擋著蠟燭火焰，見圖２；粵教版中的學(xué)生實驗，則是通過自制的喇叭形紙筒來傾倒 二氧化碳，見圖３。

查閱文獻(xiàn)資料可知，國內(nèi)學(xué)者對二氧化碳熄滅蠟燭實驗的改進(jìn)主要從裝置上著手：（１）通過增加 擋板的方法，如在燒杯內(nèi)增加隔板、毛玻璃片等阻 擋物來阻止下沉的二氧化碳?xì)怏w與上方蠟燭火焰接 觸，可以避免上方蠟燭先熄滅；（２）利用改變二氧化碳?xì)饬魍ǖ赖姆椒?，例如添加紙筒、漏斗，或連接粗導(dǎo)管、箱體、長階梯等來導(dǎo)引二氧化碳?xì)饬黜樌鲁?，從而保證下方蠟燭先熄滅。

２ 本實驗設(shè)計研究的意義

好的教學(xué)實驗應(yīng)該符合用品簡單、現(xiàn)象明顯、 安全可靠的原則。前面提到的實驗方案中，圖１的實驗設(shè)計頗具代表性。觀察證實，熟練教師進(jìn)行 演示實驗時一般都能成功，但師范生或中學(xué)生進(jìn)行實驗時的成功率偏低，他們常出現(xiàn) “上方蠟燭先熄 滅”或 “２支蠟燭同時熄滅”的 “不正常”情況，因此許多研究者提出了多種改進(jìn)方案。問題是，由于改進(jìn)后的實驗方案中添加了各式各樣的輔助工 具，反而使實驗復(fù)雜化了，以致在一定程度上影響了學(xué)生對實驗原理的正確認(rèn)知。

為了保持簡約、直觀的特點又能提高成功率， 在人教版教材實驗方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了深入研究， 著力在 “階梯蠟燭的設(shè)計”和 “二氧化碳?xì)怏w傾倒 方法”處下功夫。與之前的改進(jìn)方案不同，本文將用實驗數(shù)據(jù)作支撐。

３ 研究過程

“二氧化碳熄滅階梯蠟燭”的實驗原理并不復(fù)雜，在室溫下，二氧化碳的密度為１．９７７ｇ／Ｌ，大 于空氣的密度 （１．２９３ｇ／Ｌ）。一般會認(rèn)為，傾倒的 二氧化碳?xì)怏w會順利下沉至燒杯底部，實驗必然成 功，但卻忽略了二氧化碳?xì)怏w在下落過程中自身的 擴(kuò)散以及蠟燭燃燒時產(chǎn)生的上升熱氣流對下降的二 氧化碳?xì)怏w所造成的影響。為此，進(jìn)行了２方面的 改進(jìn)。

３．１ 階梯蠟燭的改進(jìn)

如圖１－圖３中搭建的階梯蠟燭占據(jù)了燒杯約 ２／３的空間，其燃燒產(chǎn)生的上升熱氣流容易阻擋二 氧化碳下降的通道。為了減小占用空間，改良了階梯蠟燭的設(shè)計：將２支燃燒匙用細(xì)鐵絲捆綁后分別朝向左和右，再將石蠟熔入燃燒匙中，加棉芯，制 成階梯蠟燭。鐵絲帶有掛鉤，可固定在燒杯中，還 可隨意調(diào)節(jié)２支燃燒匙的間距，方便實驗研究，見 圖４。

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