一道实验试题的巧妙实现

邹韦书

摘 要：用凸透镜来点燃密封在玻璃瓶中的红磷和碳的实验，使看上去只有设想意义，好像不能够完成的“想象实验”得以简单兑现。

关键词：点燃；密封；凸透镜

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）5-0052-2

百闻不如一见，一见不如实验，实验要可兑现，真相才能呈现。

在网上，笔者发现一道试题 [1]，内容如下：

如图1所示，等体积的甲、乙两集气瓶内充满空气，燃烧匙内分别盛有过量的红磷和碳，点燃使其充分反应，冷却至室温，打开止水夹，出现的现象是（ ）

A.甲瓶没有水流入，乙瓶中有水流入

B.甲、乙两瓶均有水流入

C.甲瓶中有水流入，乙瓶没有水流入

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图1 红磷和碳密封点燃装置

本题涉及P、C在空气中燃烧，生成物的数量和性质，以及气体分压定律和大气压等化学和物理知识。P、C与空气中的O2燃烧分别生成P2O5和CO2，化学反应式分别为：

甲瓶：4P+5O2→2P2O5，

乙瓶：C+O2→CO2。

甲瓶中生成的P2O5不是气体，在瓶子密封的情况下，它消耗的O2得不到其他气体补充，乙瓶中生成的CO2是气体且与消耗的O2的摩尔数相等，能够取代被消耗的O2的体积。所以，正确的选项肯定是第三项（C）。

虽然通过分析，找到了本题原意希望的正确答案。但我们却发现：要完成此实验，则必须做到“点燃密封在玻璃瓶中的P和C”。如果是将P和C先点燃后再放到瓶中，再盖上如图1的装置所设计的瓶塞，就会因P、C先燃烧生的热，使瓶中空气膨胀，导致瓶中的空气被挤出一部分，使瓶中空气的密度小于外界空气的密度。封口后，瓶中的O2消耗到不能维持燃烧P、C燃烧时，甲瓶的情况仍然是生成P2O5，消耗的O2得不到补充；而乙瓶情况就不同了，虽封口后C燃烧消耗的O2仍能得到生成的同等摩尔数的CO2补充，但被热膨胀“挤出”的空气则得不到补充。所以，会因“冷缩”出现B选项的结果，而非本题原意要求的答案。

于是，笔者就“点燃密封在玻璃瓶中的可燃物”进行搜索，没有找到有关的方法介绍。若不能点燃密封在玻璃瓶中的P和C，则该实验设想就只有想象意义和理论意义，不能让人“眼见为实，心服口服”。

要点燃密封在玻璃瓶中P和C，就必须找到一种能够穿透玻璃的“火种”。所以，笔者联想到用凸透镜的聚焦性也许能达到目的。通过实验，发现可行。

具体方法和步骤如下：

1.选择太阳天， 准备好图1的材料和一个凸透镜。

2.将甲、乙两瓶拿到医院，用“排水集气法”装满医用氧气，拧紧止水夹，塞紧如图1的瓶塞，以保证瓶中含氧量充足，能够维持P粉和C粉的完全燃烧。

3.装置成图1样，置于太阳光下。

4.打开止水夹，见置于烧杯水中的玻璃导管口没有气泡时（这时瓶内的气压与外界一致），再拧紧止水夹。因为瓶中的气体是在室内用“排水集气法”收集的医用氧气，其气压高于外界的大气压，又在阳光下，比室内温度高，会再次膨胀。不这样做，可能会在以后的燃烧环节，由于生热致瓶内气体膨胀而发生危险。

5.在装置周围设遮挡物，实验者要戴上头盔，面罩，穿较厚的衣服，尽量不要有皮肤裸露，以防发生意外。

6.用凸透镜隔着玻璃瓶把阳光聚焦在燃烧匙盛的红磷粉和碳粉上，当温度超过红磷和碳的着火点时，开始燃烧。

7.燃烧停止，冷却至外界气温或将装置拿到室内冷却至室温，打开止水夹，出现本题要求的选项结果第三选项（C）。

此方法也可用于点燃密封在玻璃瓶中的其他可燃物。

注意事项：

1.步骤4、5千万不能省略，且要做到位，否则可能会发生意外。

2.碳瓶中的氧气含量一定要能够维持碳的完全燃烧，如果氧气不足，就会发生2C+O2→2CO的反应，生成的CO 摩尔数是消耗的O2的摩尔数的两倍。在燃烧停止，冷却后，会出现：烧杯的水中，接乙瓶的玻璃管口处，有气泡冒出的“题外现象”。

3.燃烧匙中的红磷和碳不需要本题所说的过量，因为，只要燃烧停止，氧的消耗就结束，并不需要把瓶中的氧气消耗殆尽，才出现本题的“标准答案”。

4.甲、乙两瓶并不需要等体积。因为，这一个实验要证明的是瓶中消耗的氧气有无其他气体来补充，两个瓶子体积是否相等，并不影响实验结果的准确性。

如果本题能够增加“怎样点燃密封在玻璃瓶中的红磷和碳”的设问，以唤起人们“把想法变为办法”的思考，弥补我们实验科学类的教学中，普遍存在的实际操作不足，就更完美了。

参考文献：

[1]佚名.试题http：//www.jyeoo.com/chemistry/ques/detail/cb4b26e6-de5c-4a77-b798-08aee790bb85

[2]张宪魁.实施物理科学方法教育的策略谈[J].物理教学探讨，2014，（1）：1.

（栏目编辑 陈 洁）