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蜡烛火焰熄灭的原因
作者:张庆云等    文章来源:中学化学教学参考    点击数:    更新时间:2007-11-9

    三、在倒置的烧杯中CO:均匀分布,不存在C02气体界面下移现象

    假设CO2能单独占据上部空间,并且逐渐充满倒置的烧杯,那么就应该有一个CO:气体与空气的交界面,这个交界面也要逐渐下移;或者至少有一个浓度梯度的下移。这个交界面或者浓度梯度是否存在呢?

    我们用大号饮料瓶重新做了该实验,待上面的蜡烛熄灭后,立刻从饮料瓶上、下两层分别抽取等体积(10mL)的气体,如图2所示。

  然后再分别注人到等体积(5mL)的澄清石灰水中,结果发现上、下层的气体均能使澄清石灰水变浑浊,浑浊的程度很接近。

  说明CO2较均匀地分布在倒置烧杯中,不存在上层是CO2,下层是空气的现象,当然也不存在CO2与空气交界面下移的现象。我们还重复抽取上、下两层气体各10mL,然后用NaOH溶液分别吸收,发现它们各减少了2mL左右。显然被吸收掉的气体是CO2,这说明在蜡烛熄灭的过程CO2发挥的是次要的作用。因此,新实验设计者认为CO2从上至下逐渐充满烧杯,致使蜡烛火焰从上至下依次熄灭的结论是没有事实根据的。

    四、结论

    通过以上理论推导与实验分析,我们认为在倒置的烧杯内,蜡烛火焰从上至下依次熄灭的原因,主要不是CO2的贡献。

    那么,究竟是何种气体使蜡烛火焰从上至下地依次熄灭呢?

    我们认为这个贡献主要是由氮气做出的,CO2作用是很次要的。在蜡烛点燃之前,倒置的烧杯内约有4/5体积的氮气和1/5体积的氧气。在蜡烛点燃之后火焰向上方输送的是被烘热的氮气和生成的CO2氮气密度本来就比较小(1.25g/L)烘热后就变得更小,所以它能够占据上部空间。而CO2在很短的时间虽然也能够占据上部空间,但因其密度本来就比较大(1.977g/L)周围常温气体交换热量并降温之后,就要向周围扩散,所以CO2应该是比较均匀地分布在烧杯内。

据此,我们认为占据装置上部空间的主要气体是不支持燃烧的氮气,并不是燃烧中生成的CO2气体。在燃烧进行中,含有逐渐增多的CO2N2充满烧杯,这才是火焰从上至下逐渐熄灭的原因。

综上所述,不难看出,新设计的实验产生错误的原因主要是:缺乏认真仔细的观察及必要的实验研究;受教材实验负迁移的影响,只关注CO2的存在而忽略了占空气总体积4/5的氮气的存在。

 参考文献

1.刘怀乐.中学化学教学实证与求新【M].重庆:西南师范大学出版社,2002.4.

2.王后雄;高考命题如何浏试研究性学习的能力[J].化学教学,2003,(6):37 38.

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