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二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验的创新设计（一）灭阶当倾倒二氧化碳时

时间: 2025-05-12 18:15:58 来源: w25umv3.hrtwrk.com 作者: 热点

1 化学教材中的氧化验实验方案

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碳熄梯蜡方案，见图１。灭阶当倾倒二氧化碳时，烛实应该看到蜡烛自下而上依次熄灭的创新现象，这能说明 “二氧化碳的设计密度比空气大”的物理性质，和 “二氧化碳既不能燃烧、氧化验一般也不支持燃烧”的碳熄梯蜡化学性质。可见，灭阶实验的烛实成功对于学生形成物质概念十分重要

人教版的实验图

国内不同版本的教材采用的实验方案略有不同。沪教版中的创新阶梯蜡烛实验，在倾倒二氧化碳气体时用玻璃片遮挡着蜡烛火焰，设计见图２；粤教版中的氧化验学生实验，则是碳熄梯蜡通过自制的喇叭形纸筒来倾倒二氧化碳，见图３。灭阶

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。

沪教版的实验图

粤教版的实验图

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。

自制阶梯蜡烛示意图