倾倒二氧化碳熄灭阶梯蜡烛实验

在了解实验原理和步骤之前，可通过以下直观的实验视频，完整了解倾倒二氧化碳灭火实验的实际操作流程与反应现象：

实验装置与步骤

实验装置

• 集气瓶：一瓶预先收集满的二氧化碳气体（加盖玻璃片）。
• 烧杯：一个大号透明烧杯。
• 阶梯铁皮架：固定在烧杯内部的阶梯状支架，上面分别放置一高一低两支点燃的小蜡烛。

操作步骤

1. 点燃阶梯架上的两支蜡烛。
2. 移开二氧化碳集气瓶上的玻璃片。
3. 沿烧杯内壁缓慢、平稳地倾倒二氧化碳气体（如倒水一般）。

实验现象

下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭。

实验结论

1. 物理性质：二氧化碳的密度比空气大（因此气体沉入烧杯底部，自下而上逐渐充满烧杯）。
2. 化学性质：二氧化碳本身不燃烧，也不支持燃烧。

原理解析

在常温常压下：

• 空气的平均密度约为 $1.29 \text{ g/L}$
• 二氧化碳的密度约为 $1.98 \text{ g/L}$

由于 $\rho_{\text{CO}_2} > \rho_{\text{空气}}$，倾倒出的二氧化碳会像液体一样沉在烧杯底部，并将烧杯底部的空气向上挤出。随着底部二氧化碳层高度不断上升，下层蜡烛最先接触到高浓度的二氧化碳，隔绝了氧气从而先熄灭；上层蜡烛随后接触到二氧化碳，后熄灭。

实验成功关键与常见失败原因

• 倾倒动作要慢：如果倾倒速度过快，气体容易在烧杯内形成强烈的空气紊流（对流），导致上下层蜡烛同时熄灭，无法观察到先后顺序。
• 贴壁倾倒：集气瓶口应紧贴烧杯边缘，让气体沿着烧杯内壁顺流而下，防止气体在半空中过度扩散。
• 环境无风：实验室应避免有强风或人员走动引发的气流干扰。