蜡烛燃烧背后隐藏的化学原理.doc

蜡烛燃烧背后隐藏的化学原理杨志华 曹圣华姜堰市励才实验学校 江苏泰州（225500）蜡烛燃烧是生活中常见的化学现象，在现行九年级上教版化学教材中到处都闪烁着蜡烛燃烧的光芒。一支小小的蜡烛燃烧蕴藏着许多深刻的化学道理，有关蜡烛燃烧的探究实验已成为中考命题的热点。笔者就近几年来的中考化学试题，谈谈有关蜡烛燃烧背后隐藏的化学原理。原理一：蜡烛燃烧的现象 蜡烛在空气中燃烧，发出黄白色的火焰，在氧气中燃烧，发出白光，放出大量的热，生成使澄清石灰水变浑浊的气体。吹熄蜡烛时，可看到一缕白烟（石蜡蒸气遇冷凝华产生的石蜡固体小颗粒）。试题设计一：蜡烛刚熄灭时会产生一股白烟，某学习小组为了探究这股白烟的成分，提出了如下假设：A白烟中是燃烧生成的二氧化碳； B白烟是水蒸气；C白烟是石蜡蒸气凝成的石蜡固体并针对这些假设设计实验：（1）吹灭蜡烛，立即用一块干而冷的玻璃片放在白烟上，玻璃片上没有出现水雾，说明白烟中 。（2）吹灭蜡烛，立即用一个沾有澄清石灰水的烧杯罩住白烟，其目的是为了验证假设 （填序号）。这样做 （填“能”或“不能” ）得出正确的结论，原因是 （3）吹灭蜡烛，立即用燃着的木条去点白烟（注意不要接触烛芯），发现蜡烛重新被点燃，说明白烟具有可燃性，这为假设 提供了证据。同时可排除假设 。【解析】本题素材来源于教科书对蜡烛及其燃烧现象的探究实验，设问比较巧妙，有新意。学生只要对蜡烛及其燃烧探究实验的每个细节都比较清楚理解，同时明白“白烟是固体小颗粒”，再将两者综合起来考虑，运用所学化学知识进行分析推理，题目就迎刃而解。原理二：燃烧的条件与灭火原理 物质燃烧时必须同时俱备三个条件：（1）物质具有可燃性；（2）与氧气充分接触；（3）温度达到着火点以上。若这三个条件缺少其一，燃烧就不能正常进行，因此常见灭火的原理有：（1）隔离可燃物；（2）隔绝氧气（或空气）；（3）降温到着火点以下。蜡烛是常见的可燃物，经常用于探究燃烧的条件或灭火的原理。试题设计二：1某同学在研究物质燃烧的条件时，做了如右图所示的实验：把一条粗金属丝绕成线圈，罩在一支蜡烛的火焰上，火焰很快就熄灭了。对这一实验的说法不正确的是（ ）A金属丝有良好的导热性B可燃物的温度降到着火点以下C若预先将金属丝加热，蜡烛就不会很快熄灭D金属线圈内的气体温度升高了2如图，将两支燃着的蜡烛罩上茶杯，过了一会儿高的蜡烛先熄灭，低的蜡烛 后熄灭，同时还观察到茶杯内壁变黑。由此我们可以得到启发：从着火燃烧的房间逃离时，下列做法中不正确的是（ ）A用湿毛巾捂住鼻子 B成站立姿势跑出 C伏低身子逃出 D淋湿衣服爬出【解析】以上两题将燃烧与灭火的知识寓于实验或生活情境之中，使化学、物理学及生活有机结合起来。在题1中由于金属具有良好的导热性，将蜡烛燃烧产生的热很快地散失在大气中，从而使金属线圈内的气体温度低于蜡烛的着火点，导致蜡烛很快熄灭，故选D；在题2中由于蜡烛燃烧产生的二氧化碳随热气流上升至高处，热二氧化碳的密度小于空气，导致上方CO2浓度大，引起高处蜡烛先熄灭，且不完全燃烧产生炭黑，故选B。原理三：质量守恒定律 在化学反应前后，由于原子的种类、个数、质量都不发生改变，因此一切化学反应都遵循质量守恒定律。试题设计三：早在300多年前，化学家们就对化学反应进行定量研究。下面图1是波义耳、拉瓦锡分别在1673年、1777年所做的定量研究实验，他们的研究推动了化学理论的发展。下图中两个实验是为研究 定律而设计的。小华同学阅读了波义耳、拉瓦锡的故事后很受感动，决定用图2所示的装置进行实验验证两位科学家的科学结论。 图1 图2实验时，小华将未点燃的蜡烛放在天平的左盘上，往右盘上添加砝码至天平平衡。点燃蜡烛一段时间后，小华发现天平 （填“平衡”或“不平衡”）。小华百思不得其解，聪明的小强提醒小华：你要吸取波义耳实验与发现真理失之交臂的经验！小华恍然大悟！明白了其中的道理 。小强、小华决定改进实验装置重新进行实验，他们改进的方案是 。通过上述实验，小强、小华感触很深，激发了学习化学的兴趣。你从中获得了什么启示？这条科学结论对工农业生产、科学实验有什么重要意义？【解析】本题通过科学家探究真理的足迹，培养学生学习方法和科学严谨的思想品德。选材很熟悉，立意较新。波义耳在敞口的容器中加热金属，金属的质量增加了，错失了发现真理的机会；拉瓦锡在密闭的容器中加热金属后得出反应前后物质的总质量相等，从而发现了质量定恒定律。因此，在科学研究中要有系统的方法、细致的科学态度。蜡烛燃烧时生成二氧化碳气体和水蒸气，逸散在空气中，质量会减少。用蜡烛燃烧探究质量守恒定律时，应设计在密闭的装置中进行，才能得出正确的结论。原理四：化学反应前后元素质量守恒在化学反应中，质量守恒定律为定量的分析研究化学奠定了理论基础，为工农业生产、科学实验提供了理论依据。试题设计四：为了测定蜡烛中碳、氢两种元素质量比，某化学兴趣小组设计了如右图所示的实验。实验步骤如下：先分别称量蜡烛、装置II、装置III的质量。按图示连接好仪器装置，点燃蜡烛，同时从a导管口抽气。一段时间后熄灭蜡烛，再分别称量蜡烛、装置II、装置III的质量。实验数据如下表：蜡烛装置II装置III反应前的质量/g15.8182.3212.2反应后的质量/g14.4184.1216.6（1）该实验中测得水的质量为 g，二氧化碳的质量为 g。（2）由该实验数据计算，蜡烛中碳、氢元素的质量之比为 。（3）装置II和装置III的顺序能否颠倒？ （填“能”或“不能”）。（4）理论上，装置II和装置III增加的总质量大于蜡烛失去的质量，其原因是 。（5）该实验能否准确测出蜡烛燃烧生成二氧化碳和水的质量？ （填“能”或“不能”），理由是 。【解析】本题通过蜡烛燃烧实验将实验结果的定量分析与实验有机地结合起来。在考查实验能力的基础上，注重考查同学们对实验数据的处理能力。化学反应前后元素质量守恒，蜡烛燃烧时生成二氧化碳和水，可知蜡烛中一定含有碳、氢元素，可能含氧元素。该实验装置中的浓硫酸是吸收生成的水蒸气；碱石灰（氢氧化钠和氧化钙的混合物）是吸收生成的二氧化碳。因此，装置II、III的顺序不能颠倒，否则碱石灰也能吸收水。根据装置II、III变化前后质量差可分别求得H2O、CO2的质量，再根据化学式进行计算，即可正确答题。原理五：利用蜡烛燃烧的化学反应探究空气中氧气的含量 由于蜡烛燃烧消耗装置内空气中氧气，生成气体二氧化碳，若使产物二氧化碳被吸收，装置内的压强会明显减少，可探究空气中氧气的含量。试题设计五：小明和小芳在讨论“能否用蜡烛燃烧法来粗略测定空气中氧气的含量”这一问题时，小芳认为：通过图l装置，用蜡烛燃烧法测得空气中氧气的含量会_（填“偏高”、“偏低”图l图2或“不变”）。她根据蜡烛燃烧产物的特点阐述了自己的理由_ _，并用图1装置进行实验，证实了自己的结论。（注：本题实验中装置的气密性良好，水槽中的液体是水）小明认真分析了小芳的实验结果后，进行了如下探究：提出问题导致小芳这一实验结果还有其它原因吗?实验探究小明设计了图2装置，进行以下操作：（1）取黄豆粒大小白磷，用滤纸吸去表面水份，放人捆在电烙铁下面铁片的凹槽内；（2）将燃烧匙内的蜡烛点燃后迅速插人钟罩内，并立即塞紧橡皮塞；（3）待蜡烛熄灭后(蜡烛有剩余)，接通电烙铁电源，发现白磷先熔成液体，接着燃烧产生大量白烟，说明通电前钟罩内含有_，产生白烟的化学反应方程式是_得出结论导致小芳这一实验结果的另一原因是_ _。交流与反思小明和小芳分析了上述实验后，又提出了一个问题_ _。【解析】本题通过蜡烛燃烧实验探究空气中氧气的体积分数。素材来源于原人教版教材，由于可燃物的燃烧需要与氧气充分接触，但不一定是纯净的氧气；灭火时需隔绝氧气，但装置中并不一定不含氧气。故燃烧时所需氧气的浓度、灭火时所含氧气的浓度均有一个临界值，当氧气的浓度大于此临界值时，可