《蠟燭及其燃燒的探究》的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

周建東

[摘要]對于剛剛接觸化學(xué)的初三學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)是他們開啟化學(xué)之門的鑰匙，是培養(yǎng)他們化學(xué)學(xué)習(xí)興趣的源泉，是幫助學(xué)他們提升科學(xué)素養(yǎng)的基石。但是教材上的某些實(shí)驗(yàn)不能滿足教學(xué)的要求，教師要大膽探索，有的可能需要改造儀器和裝置的結(jié)構(gòu)，有的可能需要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法，還有的可能需要自制一些儀器和裝置。總之，教師要想方設(shè)法使學(xué)生看到真實(shí)、清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并能通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出科學(xué)的分析和總結(jié)。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn) 改進(jìn) 蠟燭燃燒

[中圖分類號] G633.8 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2016）050085

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的基礎(chǔ)，是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容和教學(xué)方式。但是由于種種原因，教材中設(shè)計(jì)的某些實(shí)驗(yàn)存在缺陷，或是師生操作不方便，或是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，又或是實(shí)驗(yàn)過程過于復(fù)雜等。教師要?jiǎng)?chuàng)造條件，確保師生能順利地完成各種實(shí)驗(yàn)?！断灎T及其燃燒的探究》一直是令一些教師感到些許困惑的實(shí)驗(yàn)。這學(xué)期的教學(xué)工作中，筆者又遇到了同樣的問題：這個(gè)實(shí)驗(yàn)看似很簡單，但是照著教材的實(shí)驗(yàn)方法去做，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不是很明顯。這次筆者下定決心去改進(jìn)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過半個(gè)多月的反復(fù)思考和嘗試，終于有所收獲。

一、問題的提出

1.該實(shí)驗(yàn)的意義

《蠟燭及其燃燒的探究》是上教版教材中第一章第二節(jié)“活動(dòng)與探究”的內(nèi)容，屬于九年級化學(xué)起始部分的內(nèi)容，是學(xué)生接觸到的第一個(gè)較為完整的化學(xué)活動(dòng)與探究的實(shí)驗(yàn)。因此，本課是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的開端，對整個(gè)初中化學(xué)乃至今后的化學(xué)學(xué)習(xí)起到至關(guān)重要的作用，所以需要教師給予足夠的重視。本課題通過兩個(gè)探究活動(dòng)來加深學(xué)生對“化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)”的認(rèn)識。這兩個(gè)探究活動(dòng)是從學(xué)生的日常生活中提煉出來的，越是這樣生活中熟悉的事物，通過教師的引導(dǎo)越能給學(xué)生以全新的感受和啟示。該實(shí)驗(yàn)的目的是研究蠟燭在點(diǎn)燃前、燃著時(shí)、熄滅后三個(gè)階段中所表現(xiàn)出的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)清晰地觀察到蠟燭燃燒產(chǎn)生的水蒸氣液化成小水滴，讓學(xué)生觀察到蠟燭燃燒產(chǎn)生的二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。通過實(shí)驗(yàn)還要讓學(xué)生學(xué)會(huì)借助化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的方法，讓學(xué)生學(xué)會(huì)觀察、分析、探究生活中看似非常普通的現(xiàn)象中所蘊(yùn)含的化學(xué)知識和化學(xué)原理，逐步培養(yǎng)學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)習(xí)方法，提高化學(xué)素養(yǎng)。

2.教材原實(shí)驗(yàn)的不足

對蠟燭燃燒產(chǎn)物水的檢驗(yàn)，教材中使用“在蠟燭火焰上方罩一個(gè)干冷的燒杯，觀察燒杯內(nèi)壁的變化”的方法（見右圖）。用此方法，

一般只能短時(shí)間地看到燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)一層水霧，主要原因是：（1）現(xiàn)有的教學(xué)條件下事先準(zhǔn)備好干冷的燒杯直到該實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)時(shí)再使用比較困難；（2）蠟燭燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱，而且九月份天氣還很熱，所以蠟燭燃燒時(shí)生成的水很快就蒸發(fā)了，這一現(xiàn)象稍縱即逝，學(xué)生很難觀察到；（3）蠟燭在燃燒時(shí)候，由于燒杯底是封閉的，空氣流通不暢使蠟燭燃燒不充分，常常會(huì)伴隨著黑煙的產(chǎn)生，黑煙在燒杯壁和燒杯底部很容易形成炭黑，更不容易觀察到水霧的形成。

對蠟燭燃燒產(chǎn)物二氧化碳的檢驗(yàn)，教材中是用“向上述小燒杯（罩在火焰上方的小燒杯）中加入澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象”。筆者與很多教師用這樣的方法來進(jìn)行檢驗(yàn)，實(shí)際效果很不明顯，基本上很難觀察到澄清石灰水的變化，分析可能有以下原因：（1）由于二氧化碳的密度比空氣大，原來倒置在蠟燭火焰上方的燒杯在取下來的過程中大部分二氧化碳已經(jīng)逸散到空氣中了；（2）蠟燭燃燒產(chǎn)生的熱量使燒杯中的氣體溫度升高，當(dāng)把燒杯口朝上時(shí)，燒杯中受熱氣體迅速上升，殘留在燒杯中的二氧化碳?xì)怏w的量太少，能與澄清石灰水接觸的二氧化碳?xì)怏w就更少了；（3）如果操作不慎，蠟燭和燒杯的距離控制不當(dāng)，蠟燭燃燒產(chǎn)生的炭黑就會(huì)附著在燒杯壁上，在倒入澄清石灰水后，看到的是黑色懸浮物，就更難看到石灰水變渾濁的現(xiàn)象了。

也有教師提出這樣的改進(jìn)方案：在火焰上方罩一個(gè)內(nèi)壁蘸有澄清石灰水的燒杯。經(jīng)過多次嘗試，發(fā)現(xiàn)仍然不能清晰地觀察到石灰水變渾濁的現(xiàn)象。分析原因：（1）由于氫氧化鈣本身在水中的溶解度不大，燒杯內(nèi)壁能附著的石灰水又很少，因此其中溶解的氫氧化鈣就更少了；（2）蠟燭燃燒放出熱量，導(dǎo)致燒杯壁的水分蒸發(fā)，即使有碳酸鈣生成也很難看到渾濁。另外還有學(xué)生曾提出質(zhì)疑：燒杯內(nèi)壁變渾濁是不是因?yàn)樗徽舾闪?，石灰水中原本溶解的物質(zhì)殘留使燒杯內(nèi)壁變渾濁呢？

正如以上筆者的實(shí)際教學(xué)體驗(yàn)和反思，教材中原有的這個(gè)實(shí)驗(yàn)由于種種原因，在教學(xué)過程中很難呈現(xiàn)出清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。對于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，很多教師采取的方法是自圓其說地講述實(shí)驗(yàn)中“應(yīng)該看到的現(xiàn)象”，“明明沒有看到”被說成“應(yīng)該看到”，給學(xué)生留下了懷疑教師、懷疑實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)；或是有的教師干脆讓學(xué)生聽寫和死記硬背實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這些方法顯然都是不可取的?；瘜W(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，特別是在學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)之初，當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)自己所做的實(shí)驗(yàn)不能達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)?zāi)康臅r(shí)，就應(yīng)該主動(dòng)地反思自己的實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)方法是否有誤，或是應(yīng)該想方設(shè)法對原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一定的改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)。下面來闡述筆者對該實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

二、改進(jìn)裝置的說明

1.結(jié)構(gòu)和功能

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置主要分成三個(gè)部分，由下至上分別是：（1）倒置的漏斗——主要用于收集和輸導(dǎo)蠟燭燃燒生成的熱的水蒸氣和二氧化碳；（2）一根長約15cm的長導(dǎo)管——主要用于輸導(dǎo)二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)讓部分水蒸氣在其中冷凝；（3）兩端都開口的長約10cm的大玻璃管（可由破試管截取制成）——主要用于盛放少量的澄清石灰水來檢驗(yàn)二氧化碳的生成，同時(shí)讓部分水蒸氣在大玻璃管內(nèi)壁冷凝。

2.原理和使用方法

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程（PV=nRT），在氣壓一定的情況下（P一定），相同物質(zhì)的量（n相同）的空氣，溫度高的（T大的）體積比較大（V大），R是常量不變。從微觀來講，受熱之后氣體分子之間的距離變大，導(dǎo)致體積變大。由ρ=m/v可知，質(zhì)量一定的氣體，體積大的密度小，所以二氧化碳受熱后密度減小，逐漸上升。由于倒置的漏斗通過與長導(dǎo)管連接形成了一條上下相連的通道，易于使上升的水蒸氣和二氧化碳被倒置的漏斗收集，并且能沿著長導(dǎo)管繼續(xù)上升，大部分水蒸氣在漏斗和長導(dǎo)管中冷凝形成水霧。二氧化碳?xì)怏w則仍能繼續(xù)上升一段，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：由于密度比空氣大，上升的二氧化碳在經(jīng)過了約15cm長的導(dǎo)管和石灰水的冷卻后又下沉，容易下降回到大玻璃管中，接觸到澄清石灰水后，使澄清石灰水從液面開始變渾濁。具體使用該裝置時(shí)要注意蠟燭的外焰與漏斗的上下距離。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)比較，發(fā)現(xiàn)兩者距離控制在3cm左右實(shí)驗(yàn)效果較好。

3.主要優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，裝置是固定在鐵架臺上的，既方便實(shí)驗(yàn)操作，又避免了因?yàn)槭帜醚b置造成漏斗與蠟燭間的距離改變，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；

（2）由于下端的漏斗通過與長導(dǎo)管連接形成了一條上下相連的通道，蠟燭燃燒產(chǎn)生的熱的水蒸氣和二氧化碳容易上升被倒置的漏斗收集；

（3）長導(dǎo)管能使水蒸氣發(fā)生冷凝并便于觀察水霧的形成，且形成的水霧短時(shí)間不易散失；

（4）通過觀察長導(dǎo)管的內(nèi)壁和大玻璃管中澄清石灰水的變化，可以同時(shí)驗(yàn)證蠟燭燃燒是否有水和二氧化碳生成，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯；

（5）該裝置制作簡單、取材方便，只要利用實(shí)驗(yàn)室中常見的三角漏斗、導(dǎo)管、橡皮塞、橡皮管、破試管等進(jìn)行簡單連接就可制成；

（5）該裝置同樣適用于檢驗(yàn)酒精、甲烷、氫氣等燃燒時(shí)是否有水或二氧化碳生成。

三、改進(jìn)的收獲與反思

在這次對《蠟燭及其燃燒的探究》的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中，筆者經(jīng)歷了：遇到問題——尋求解決——反復(fù)思考——不斷試驗(yàn)——制成裝置——完善裝置這樣一系列的過程，雖然遇到了不少問題和困難，花了很多時(shí)間，但是收獲很多。首先，改進(jìn)的裝置是很有實(shí)用價(jià)值的，能完成對蠟燭燃燒生成的水蒸氣和二氧化碳的檢驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯；其次，經(jīng)歷了自己的反復(fù)思考和不斷試驗(yàn)，最終制得改進(jìn)裝置是非常令人愉悅和滿足的，筆者很享受這個(gè)過程；再次，經(jīng)歷了這次實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和自制后，筆者更加堅(jiān)定了自己做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信心。在今后的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，筆者一定要善于發(fā)現(xiàn)問題、勤于思考問題、努力解決問題，讓自己和學(xué)生一起享受化學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來的樂趣。

（責(zé)任編輯 羅 艷）