蜡烛火焰熄灭的原因

发布时间：2008-11-22 17:03:00
发布者：吾爱
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张庆云1、代林芝2 (1涪陵师范学院2成都市龙泉实验学校)

在九年义务教育课程标准教材《化学》和以前各种版本的初中化学教材中都列有一个典型的“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”的实验。用于说明二氧化碳不支持燃烧，而且它的密度比空气大，所以在大烧杯内，下层的蜡烛火焰先熄灭，上层的火焰后熄灭，如图1所示。

有的中学老师为了培养学生的创新思维，重新设计了一个倒置的烧杯实验，结果发现蜡烛火焰从上至下依次熄灭。从而得出结论:在倒置的烧杯中，由于蜡烛燃烧产生的二氧化碳是热的，其密度减小，使二氧化碳气流上升，并且从上至下逐渐充满烧杯，致使蜡烛火焰从上至下依次熄灭。

这个实验及其结论流传很广，在学生中考练习题和一些书籍中都有反映，而且还出现了结论相同的对高考试题研究的文章。毫无疑问，该实验的现象是客观事实，然而结论却值得商榷。为了弄清其中的原因，我们对该实验现象进行了理论探讨和实验测定。

一、理论证明二氧化碳不能单独占据上部空间

如果COZ能单独占据上部空间，则二氧化碳的密度必须小于空气的密度:即

ρ_co2 <ρ_空气（1）

亦即，1.977g/xL < 1.293g/L

(其中x是气体膨胀系数)

解(2)式，得x>1.53

显然，只有使CO₂体积增大1.53倍时，才能使其密度小于空气的密度，而处于体系的上部空间。

根据气体等压定律得，1.53 V/T₁=V/T₂ (3)

其中，V为CO₂原来的体积;兀为CO_Z原来的绝对温度;1.53V为CO₂胀后的体积;T,为CO₂膨胀后的绝对温度;令蜡烛点燃前烧杯内为室温25℃，则T2 298 K;解(3)式得:T,=456 K;即膨胀后CO2温度为183℃。也就是说，当下层空气温度为25℃时，上层的温度需要高于183℃，即:上下温差为158℃，二氧化碳才有可能浮在上层。而实际这么大的温差并不存在(当高蜡烛火焰熄灭，低蜡烛火焰没熄灭时，我们实际测得下层气温为23℃一25℃时，上层气温为56℃一60℃，上下温差只有35℃左右)。因此认为二氧化碳浮在上层是没有理论依据的。

二、两个实验中熄灭蜡烛火焰气体成分不同

教材上的实验是将二氧化碳倒人烧杯中，两支蜡烛的火焰由低到高依次熄灭，每支蜡烛都是立刻熄灭，这是由于突然断氧造成的。即蜡烛火焰的熄灭是由单一的CO₂一种气体造成的。而在新设计的实验中，两支蜡烛的火焰由高到低依次熄灭，但是在熄灭的过程中，火焰都有一个由大变小，逐渐熄灭的过程，说明这是一个逐渐断氧的过程。由此看来，两个实验中熄灭蜡烛火焰的气体成分是不同的。进而说明，在新设计的实验中，蜡烛火焰的熄灭不是由单一的CO₂一种气体造成的。

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