【原】蜡烛燃烧的探究实验创新 ||实验研究

蜡烛燃烧的探究实验创新

江苏省如东县曹埠镇初级中学

摘    要：分析按教材方法检验蜡烛燃烧生成CO2气体不成功的原因。通过化学老师们研究创新, 自制仪器, 不仅成功解决了生成的CO2气体检验问题, 又能检验生成的水, 还能提高点燃蜡烛熄灭后的白烟使蜡烛复燃的实验成功率, 一举三得。通过自制创新仪器, 突破实验难点, 简化实验操作, 提高实验的成功率, 使实验现象更为明显。

关键词：蜡烛燃烧; 探究实验; 创新仪器; 检验;

一、设计意图

蜡烛及其燃烧的探究实验是人教版教材第一单元第二节的内容。本节重点是通过蜡烛及其燃烧的探究, 使学生了解探究物质的性质及物质变化的基本方法, 初步形成由实验得出结论的科学探究思想。在教学实践中, 笔者发现探究蜡烛燃烧生成的CO2气体实验活动时, 不仅学生进行实验验证时无法成功, 而且有着实验经验和扎实功底的化学教师按课本规范操作时, 实验也很难成功, 因此很难通过该实验探究得出蜡烛燃烧生成了CO2气体的结论。

经过分析, 按课本操作成功率极低的原因有: (1) 当把倒扣在火焰上方的烧杯正放时, 产生的CO2热气体密度小向上逸出, 烧杯中所剩CO2气体较少, 倒入石灰水时必须速度快, 剂量准, 即便如此也只能勉强观察到略有浑浊的现象; (2) 作为初次进入化学实验室的学生还没有学习过化学实验基本操作, 缺少化学基础知识, 缺少实验的基本技能与技巧, 操作不熟练; (3) 学生仅仅觉得化学实验好玩, 而对实验认真程度不够, 对实验困难估计不足。

在对该实验研究中笔者还发现了两个问题: (1) 在验证生成水时, 很多实验小组未能控制好烧杯与蜡烛火焰的距离, 产生的炭黑干扰了水雾现象的观察, 同时烧杯持续受热使水分蒸发, 观察不仔细的学生既观察不到水雾, 更观察不到水滴; (2) 在点燃蜡烛熄灭后的白烟时, 课本操作方法是用嘴吹灭蜡烛, 多数小组把白烟吹散或动作不协调, 均未能点燃蜡烛;有些小组距离控制不好, 将燃着的火柴几乎靠在灯芯上直接点燃了蜡烛, 并非利用白烟点燃蜡烛。

因此, 笔者萌发了要创新设计, 改进该实验的想法。经过与同事们的不断研究、改进, 设计出几款较为成功的蜡烛燃烧检验器, 不仅确保了实验的成功率, 而且操作简便, 现象更加明显。

二、仪器及药品

蜡烛、火柴、烧杯、石灰水、橡皮塞、铁架台、自制燃烧生成的气体检验器 (如图1、图2) 。

三、实验原理分析

利用延长了收集管的设计, 使向上逸散的水蒸气更容易凝结, 且更容易收集二氧化碳, 一次完成检验与白烟实验。支管口塞上橡皮塞振荡, CO2不会逸出, 倒入的石灰水变浑浊更为明显。将蜡烛伸入细玻璃管内使其缺氧熄灭, 而不采用吹灭蜡烛从而防止白烟被吹散, 解决学生很难找准一缕白烟而引燃蜡烛的问题。

图1 自制仪器Ⅰ代   

图2 自制仪器Ⅳ代   

四、利用自制仪器进行蜡烛燃烧的实验探究

(一) 利用自制仪器Ⅰ代进行实验

如图3所示, 包括玻璃罩1和与玻璃罩连接且端部为球状封闭的玻璃管, 玻璃管分为玻璃管2和玻璃管3, 玻璃管2和玻璃管3垂直形成弯管, 玻璃管3中设有内管4, 内管4端部设有小孔6与玻璃管3相通, 玻璃管3的侧壁设有一与其连通的支管5。

图3   

如图3在铁架台上放一支蜡烛, 并将演示装置固定在铁架台上, 使玻璃罩离蜡烛的距离约2cm~3cm, 先从支管5注入澄清石灰水, 再点燃蜡烛。观察到玻璃罩内壁出现大量水雾, 并逐渐消失, 而在玻璃管弯头A处的内壁出现大量水珠;同时观察到石灰水表面先产生白膜, 然后又逐渐下沉, 石灰水逐渐明显变浑浊。

使用自制仪器Ⅰ代改进实验后的优点:

(1) 实验成功率高达100%, 所有实验小组均看到了明显现象, 不仅能看到水雾, 还能看到大量水珠, 石灰水浑浊明显。

(2) 实验操作简便, 且仪器一次性投入制成, 一劳永逸。

(3) 实验开始前可预先倒入石灰水, 使初次进入化学实验室的学生能够较为准确控制用量, 操作有条不紊。

(二) 利用自制仪器Ⅳ代进行实验

图4   

如图4所示, 包括玻璃罩1和与玻璃罩连接且端部为球状封闭的玻璃管, 玻璃管分为玻璃管2和玻璃管3, 玻璃管2和玻璃管3平行形成直管, 玻璃管3中设有内管4, 内管4的端部为开口状态与玻璃管2、玻璃管3均相通, 玻璃管3的侧壁设有一与其连通的支管5。玻璃罩1的侧壁连接有两端开口的玻璃管6, 玻璃管6与玻璃罩1不连通。

如图4在铁架台上放一支蜡烛, 并将演示装置固定在铁架台上, 使玻璃罩离蜡烛的距离约1cm~2cm, 点燃蜡烛。观察到玻璃罩内壁出现大量水雾, 并逐渐消失, 而在玻璃管的球状封闭端A处的内壁周围出现大量水珠, 产生水珠集中且明显;从支管5注入澄清石灰水, 在支管5处塞上橡皮塞, 取下仪器振荡 (为方便取下仪器振荡, 铁架台上的铁夹使用按动夹持型的弹簧铁夹) , 石灰水立即明显浑浊。

将燃着的蜡烛移至图4的玻璃管6处并从下端塞入玻璃管 (若蜡烛稍粗无法塞入玻璃管, 也可使蜡烛完全堵住玻璃管口) , 蜡烛自动熄灭 (而不用嘴吹灭, 解决了白烟被吹散的问题) 后拉出并离玻璃管下方1cm~2cm处, 迅速用燃着的火柴在玻璃管6的上端点白烟, 发现蜡烛又复燃。该演示装置不需更换就可以重复实验。

利用自制仪器Ⅳ代改进实验后, 不仅完全具备自制仪器Ⅰ代所有优点, 还具有以下几个优点:

(1) 将蜡烛燃烧生成H2O与CO2气体的检验以及点燃熄灭蜡烛后的白烟的实验用一个仪器完成, 一举三得, 充分利用了空间与时间, 起到了事半功倍的效果。

(2) 在点白烟中, 将蜡烛伸入细玻璃管中, 蜡烛自动熄灭, 而不用嘴吹灭, 解决了白烟被吹散的问题。用玻璃管隔空点蜡烛, 有效控制距离, 使学生产生更大的惊奇, 还能明显看到蜡烛被点燃时火苗的运动轨迹, 由此现象充分说明白烟是可燃物。

(3) 不需更换仪器就可以重复实验, 只需将倒入的石灰水从支口倒出, 也不会影响玻璃管3球状封闭端的干燥度。因为实验中玻璃管3球状封闭端是微热, 正好利用其余热将产生的水珠蒸发掉, 而仪器也已冷却。

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作者简介：周海华, 江苏省如东县曹埠镇初级中学, 一级教师;

作者简介：施倩倩, 江苏省如东县曹埠镇初级中学, 二级教师。

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文章转载于《教育与装备研究》 2017,12(33),83-85