教学素材：法拉第的《蜡烛的化学史》

【化学小故事】 法拉第的《蜡烛的化学史》 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【背景资料】《蜡烛的化学史》由19世纪英国科学家迈克尔•法拉第的系列科普演讲整理而成的化学通识著作，以蜡烛燃烧现象为切入点，通过英国皇家研究院面向青少年的圣诞讲座，揭示化学基本原理，旨在普及科学观察与实证方法。 法拉第作为电磁学奠基人，被誉为“电学之父”，他在科学普及方面也非常投入，法拉第选择蜡烛作为切入点，因为蜡烛是当时都熟悉的日常物品，便于从简单现象引导到复杂科学概念。全书围绕蜡烛燃烧展开实验推演，分析火焰结构、燃料运输及产物成分，阐释水分解、气体反应、碳元素特性等化学规律，并将燃烧过程与生命能量代谢进行类比。书中通过六场讲座串联基础理论，借助蜡烛制作、燃烧产物检测等实验，构建从现象观察、假设提出到验证推论的完整科学认知体系，强调实验方法论在科学研究中的核心地位。 全书围绕蜡烛燃烧展开，通过六场讲座系统揭示蜡烛燃烧背后的化学基本原理。这本书用日常现象讲解科学方法，至今仍是化学教育的经典读物。 第一讲：蜡烛火焰的来源、结构和亮度。 第二讲：燃烧过程与空气的关系。 第三讲：燃烧产物之一是水。 第四讲：氢气与水的组成。 第五讲：空气中的氧气与二氧化碳。 第六讲：碳元素特性与呼吸的类比。 【同步训练设计】 1．英国科学家法拉第曾用蜡烛（主要成分为石蜡）做过一个有趣的“母子火焰”实验，如图所示。下列有关分析错误的是（ ） A．母火焰的外焰部分石蜡燃烧充分，无石蜡蒸气 B．若导管太长，石蜡蒸气易冷凝，不能从导管末端导出 C．导管的一端要插入母火焰的中心部位，是因为该处氧气充足 D．实验现象说明石蜡的沸点较低，受热易变成气态 2．《蜡烛的化学史》是英国科学家法拉第著的传世科普经典。化学兴趣小组的同学们沿着大师的足迹，对蜡烛的燃烧过程进行了再一次探究。 【查阅资料】硫酸铜是一种白色粉末，具有吸水性，吸水后变为蓝色。 【进行实验】 （1）如图A，点燃蜡烛，取一片铁纱窗罩在火焰中心，观察到外焰的铁纱窗出现红热的环，内焰及焰心处的铁纱窗无明显变化，该实验的结论为 。 （2）如图B，取一支导管，将其中一端伸入焰心，等另一端导管口有白烟出现时，再将燃着的火柴放在导管口，观察到的现象为 ，证明焰心中的可燃物质是“气态”的石蜡。 （3）如图C，用一个大烧杯罩在一支点燃的小蜡烛上，并在烧杯内靠近顶部的位置放置适量的硫酸铜粉末和澄清石灰水，一段时间后，蜡烛熄灭，观察到硫酸铜粉末变蓝，澄清石灰水变浑浊。 ①结论：石蜡燃烧后生成的产物是 和 。 ②由该实验结论可以推断石蜡中一定含有的元素是_______、_______。 ③【评价与反】设置图C的实验具有的优点是____。 （4）【拓展延伸】在探究蜡烛燃烧的过程中，发现罩在火焰上方的烧杯内壁被熏黑，她反复实验，并观察是否有相同现象。这样做的目的是 。 3．《蜡烛的化学史》是英国科学家法拉第著的传世科普经典。化学兴趣小组的同学们沿着大师的足迹，对蜡烛的燃烧展开了项目式学习。 Ⅰ．蜡烛燃烧过程的探究。 （1）火焰结构特点探究：点燃蜡烛，将一张滤纸从火焰上方盖下，1～2秒后取出，观察到滤纸上炭化形成黑圈（如图A），得出结论： 。 （2）焰心所含物质探究：如图B，点燃蜡烛，用注射器在烛芯附近抽取气体物质。 【猜想假设】同学们对该物质主要成分提出三种猜想： ①二氧化碳；②水蒸气；③石蜡蒸气（理由是液态石蜡受热会气化）。立即将注射器靠近火焰，推动活塞。观察到注射器口产生火焰，物质能燃烧。说明猜想 成立。 【补充实验】将蜡烛熄灭，瞬间可观察到一缕“白烟”轻轻升起，立即用燃着的火柴去点燃“白烟”，白烟 （填“能”或“不能”）燃烧。 【实验结论】石蜡燃烧是固态石蜡受热熔化，在烛芯处形成气态石蜡后才燃烧。 Ⅱ．蜡烛燃烧产物的探究 （3）点燃蜡烛，将一个干燥的烧杯罩在蜡烛火焰上方。我们可预测：烧杯内壁会出现水珠 ，片刻后取下烧杯，迅速向烧杯内倒入少量澄清石灰水，振荡后发现 。由此可得出：蜡烛燃烧的生成物为 。 4．《蜡烛的化学史》是英国科学家法拉第所著的传世科普经典。参照法拉第在书中提出的问题，对蜡烛进行了深入的系列研究。 【问题一】为什么蜡烛燃烧可以看到火焰而有些物质燃烧看不到火焰？ 对照木炭、铁丝、氢气、甲烷等物质燃烧的现象，并查阅辞典中“焰”的字义后，大家一致认为蜡烛燃烧能看到的火焰的原因是石蜡的蒸气在燃烧。 【问题二】为什么蜡烛燃烧的火焰总是竖直向上的拉长水滴状（如图1）？ 小经过思考，给出的合理解释是 这一现象。 【问题三】蜡烛燃烧的火焰中那层温度最高？ 按照法拉第书中的提示，拿一张滤纸水平切入火焰中部，1～2秒后移出来，大家将看到滤纸上呈现的烧灼碳化痕迹最接近下列中的D（如图2，填序号）图．法拉第这样的操作手法既解决了问题也体现了科学家的智慧。 【问题四】蜡烛火焰中心处导出的气体可以燃烧，气体成分是什么？ 猜想一：可能是蜡烛不完全燃烧生成的CO； 猜想二：可能是蜡烛受热产生的石蜡蒸气； 猜想三：可能是 。 为验证猜想，同学们用冷的湿毛巾包裹住一根较长的导管，导管的一端插入蜡烛火焰的中心以导出气体，导管的另一端做点火试验． （1）如果观察到玻璃导管中 ，说明猜想一是正确的． （2）如果观察到玻璃导管中 ，说明猜想二是正确的。 （3）如果观察到玻璃导管中 ，说明猜想三是正确的。 5．《蜡烛的化学史》是英国科学家法拉第所著的传世科普经典。化学兴趣小组的同学们沿着大师的足迹，应用蜡烛燃烧来探究空气的组成。 【实验设计】 实验内容 实验现象 解释 初步结论 盛有澄清石灰水的水槽中固定一支小蜡烛，将其点燃后，用一支大试管迅速倒扣在燃着的蜡烛上，如图。 （1）蜡烛逐渐熄灭，试管内澄清石灰水变浑浊，大试管内的液面会 。 （2）石灰水变浑浊的化学方程式 ； 由于生成的CO2被石灰水吸收，使试管内气压 （填“＝”“＜”或“＞”）外界大气压。 ①空气的组成不是单一的； ②原大试管内氧气的体积等于大试管内气体减少的体积。 【反思与评价】 （3）兴趣小组为了验证“初步结论②”是否正确，又做了如下补充实验：用仪器测量蜡烛（足量）在密闭装置内（如图1）燃烧至熄灭过程中氧气含量的变化（如图2）。从图2可获得蜡烛燃烧过程中氧气含量的变化关系是 。 （4）综合这一补充实验，以上“初步结论②”是______（填“正确”或“不正确”），理由是 。 参考答案 1．C； 2．（1）外焰温度最高；（2）白烟燃烧；（3）①水和二氧化碳（或H2O和CO2）；②碳、氢（或C、H）元素；③同时检验二氧化碳和水；（4）排出实验的偶然性。 3．（1）外延温度最高；（2）③；（3）澄清石灰水变浑浊；水和二氧化碳（或H2O和CO2）； 4．【问题一】石蜡的蒸气在燃烧；【问题二】燃烧产生大量的热，使石蜡蒸气密度减小、上浮，再上浮过程中燃烧形成这一现象；【问题三】D；【问题四】可能是蜡烛不完全燃烧生成的CO和石蜡蒸气；（1）玻璃导管中没有明显现象，导管口有蓝色火焰；（2）玻璃导管中有凝固的石蜡，导管口没有明显；（3）玻璃导管中有凝固的石蜡，导管口有蓝色火焰。 5．（1）上升；（2）CO2＋Ca（OH）2 ＝CaCO3↓＋H2O；＜；（3）装置内氧气含量在燃烧过程中逐渐降低，蜡烛熄灭时氧气的体积分数降至15.96%（合理均可）；（4）不正确；蜡烛不能消耗大试管内大多数的氧气（合理均可）。 学科网（北京）股份有限公司 $