Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
0

Правильно ли поставлен "школьный" эксперимент с горящей свечой в банке?

il63 [131K] 4 года назад

Иногда школьникам показывают такой "Опыт по определению состава воздуха". В широкий сосуд с водой пускают плавать деревянный кружок с укрепленной на нем свечой. Свечу зажигают, а затем кружок со свечой накрывают банкой дном вверх. Через некоторое время свеча гаснет, а в банку на некоторую высоту поднимается вода, занимая примерно 1/5 объема банки. Измеряя высоту столба воды в банке (относительно ее уровня в широком сосуде), определяют содержание кислорода в воздухе. Правильно ли поставлен этот опыт? И если нет, то почему?

1

Воздух состоит из азота N2 (78.1 % по объему) и кислорода O2 (20.9 % по объему). При горении органических веществ кислород переходит в углекислый газ СО2 и пары воды Н2О. Азот воздуха не изменяется. Итак, при горении, например, спирта, бумаги, парафина свечи остается азот и углекислый газ. Объем газа под банкой практически не изменяется. Чтобы обнаружить уменьшение кислорода в банке, надо в вашем опыте образующийся углекислый газ поглощать щелочью. Именно так и ставится ваш опыт. Тогда можно наглядно наблюдать уменьшение объема газа в банке.

Для опыта потребуется еще стеклянный кристаллизатор. Налейте в него на 2/3 воды и добавьте в воду немного (чайную ложку) едкого натра или едкого кали. Желательно также подкрасить воду, будет лучше видно уровень воды. Зажгите свечу. Тогда в процессе горения кислород переходит в воду и углекислый газ CO2, который поглощается щелочью: 2NaOH + CO2 = Na2CO + H2O. Теоретически объем воздуха под банкой должен уменьшится на 1/5, так как в воздухе содержится 20.9 % кислорода. Вместо раствора едкого натра можно взять известковую воду. Тогда углекислый газ уничтожится по формуле Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.

текст при наведении

1

Неправильно. Там углекислый газ образуется, а он занимает такой же объём, что и кислород. Потому как два атома кислорода что в одной молекуле, что в другой. Изменение высота столбы вызвано скорее остыванием воздуха, нежели изменением его состава.

il63 [131K]
Да, СО2 занимает примерно такой же объем, что и израсходованный кислород. И специально было проверено, что за время эксперимента СО2 почти не растворяется в воде. Но намного важнее, что свеча гаснет, когда далеко не весь кислород израсходован! Как и при дыхании человека: в выдохе человека 17% О2 (вместо 21% О2 при вдохе). Так что верный ответ именно в нагревании воздуха и его потом остывании. Я проделывал много раз этот эксперимент: надевал сверху банку с широким горлом на плавающую на подставке свечу. Вода потом поднималась, но не было видно, чтобы, пока счета горит, из банки "выбулькивал­" нагревающийся воздух! А почему? Куда он девается? Проделайте этот простой опыт и, вероятно, догадаетесь, как ответить на этот вопрос. (Недаром Фарадей говорил, что при горении свечи перед нами - вся физика и вся химия.)  4 года назад
комментировать
0

Опыт поставлен неправильно. Хотя на первый взгляд он вроде убедителен. Но его интерпретация противоречит химии. При горении свечи (парафин - смесь высших углеводородов) на полтора объема израсходованного кислорода выделяется один объем углекислого газа. В воздухе кислорода по объему 21% (примерно одна пятая). Это значит, что даже если бы горении свечи израсходовался весь этот кислород, то выделилось бы 13% углекислого газа. Причем углекислый газ растворяется в воде медленно! Это показали специальные опыты: растворение происходит в течение многих часов. Тогда как опыт со свечой в банке длится не больше минуты. Но еще важнее, что свеча не может "сжечь" весь кислород! Я уже сравнивал в комментарии горение свечи и дыхание человека. И это также было показано экспериментально: когда свеча гаснет, воздух в банке все еще содержит 15 - 16% кислорода. Полностью его "сжечь" может только горящий фосфор (но он нагревает воздух, поэтому для корректного эксперимента используют вместо горения медленное, в течение многих дней, ржавление железных опилок). Почему же тогда вода входит в банку? Роджер написал, что горящая свеча нагревает воздух, он расширяется, а потом охлаждается. Но если поставить этот опыт, то обычно не видно никаких пузырей воздуха, которые должны пробулькивать из-под банки при горении свечи! Более того, пока свеча горит, уровень воды в банке практически не поднимается. И только когда свеча потухла, этот уровень довольно быстро поднимается. Я проделал несколько "домашних" экспериментов с банкой и горящей свечой и сделал такой вывод. От горящей свечи вверх идет поток нагретого воздуха. И если свечу накрыть банкой, опуская ее (в перевернутом виде) сверху вниз (как это обычно и делают), то горячий воздух окажется в банке еще до того, как ее окончательно установят в сосуде (миске) с водой. Это приводит к интересному эффекту: свеча горит уже в горячем воздухе! Поэтому пока она горит, температура воздуха поднимается незначительно, и не видно, чтобы он "выбулькивал" из банки наружу сквозь слой воды. Но изменим немного опыт. Поднесем перевернутую банку к горящей свече СБОКУ (тогда воздух в ней до последнего момента останется холодным), а потом быстро наденем банку на свечу (быстрое движение банкой вбок, почти касаясь пламени, и сразу вниз, на дно миски). При такой постановке опыта немедленно из-под банки бурно выделятся пузыри воздуха! В этом варианте воздух действительно быстро нагрелся пламенем свечи, его объем увеличился, и он уже в банке "не помещался". Легко посчитать, что нагревание воздуха от 20 до 80оС увеличивает его объем в 1,2 раза (на те же 20%). А давление воздуха в банке в случае небольшого "водяного затвора" заметно увеличиться не может. Когда же свеча гаснет, внешнее атмосферное давление очень быстро загоняет воду в банку, возмещая тот его объем, который ушел в виде пузырей. Вывод: опыт не имеет никакого отношения к составу воздуха. Но еще раз подтверждает слова Фарадея о "неисчерпаемости" процессов, происходящих при горении обычной свечи!

0

Постановка вопроса "правильно ли поставлен эксперимент?" - неправильная. Всякий эксперимент может быть поставлен только правильно если не оговорена его цель. Другое дело интерпретация результатов этого эксперимента.

il63 [131K]
Эксперимент поставлен неправильно. Потому что его цель - показать состав воздуха. Точнее, долю в нем кислорода.  4 года назад
bezdelnik [29.1K]
В самом вопросе нет цели эксперимента, но если принять во внимание пояснения к вопросу, то действительно эксперимент поставлен неправильно.  4 года назад
комментировать
Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID