鄒韋書

摘 要：用凸透鏡來點燃密封在玻璃瓶中的紅磷和碳的實驗，使看上去只有設想意義，好像不能夠完成的“想象實驗”得以簡單兌現。

關鍵詞：點燃；密封；凸透鏡

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）5-0052-2

百聞不如一見，一見不如實驗，實驗要可兌現，真相才能呈現。

在網上，筆者發(fā)現一道試題 [1]，內容如下：

如圖1所示，等體積的甲、乙兩集氣瓶內充滿空氣，燃燒匙內分別盛有過量的紅磷和碳，點燃使其充分反應，冷卻至室溫，打開止水夾，出現的現象是（ ）

A.甲瓶沒有水流入，乙瓶中有水流入

B.甲、乙兩瓶均有水流入

C.甲瓶中有水流入，乙瓶沒有水流入

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圖1 紅磷和碳密封點燃裝置

本題涉及P、C在空氣中燃燒，生成物的數量和性質，以及氣體分壓定律和大氣壓等化學和物理知識。P、C與空氣中的O2燃燒分別生成P2O5和CO2，化學反應式分別為：

甲瓶：4P+5O2→2P2O5，

乙瓶：C+O2→CO2。

甲瓶中生成的P2O5不是氣體，在瓶子密封的情況下，它消耗的O2得不到其他氣體補充，乙瓶中生成的CO2是氣體且與消耗的O2的摩爾數相等，能夠取代被消耗的O2的體積。所以，正確的選項肯定是第三項（C）。

雖然通過分析，找到了本題原意希望的正確答案。但我們卻發(fā)現：要完成此實驗，則必須做到“點燃密封在玻璃瓶中的P和C”。如果是將P和C先點燃后再放到瓶中，再蓋上如圖1的裝置所設計的瓶塞，就會因P、C先燃燒生的熱，使瓶中空氣膨脹，導致瓶中的空氣被擠出一部分，使瓶中空氣的密度小于外界空氣的密度。封口后，瓶中的O2消耗到不能維持燃燒P、C燃燒時，甲瓶的情況仍然是生成P2O5，消耗的O2得不到補充；而乙瓶情況就不同了，雖封口后C燃燒消耗的O2仍能得到生成的同等摩爾數的CO2補充，但被熱膨脹“擠出”的空氣則得不到補充。所以，會因“冷縮”出現B選項的結果，而非本題原意要求的答案。

于是，筆者就“點燃密封在玻璃瓶中的可燃物”進行搜索，沒有找到有關的方法介紹。若不能點燃密封在玻璃瓶中的P和C，則該實驗設想就只有想象意義和理論意義，不能讓人“眼見為實，心服口服”。

要點燃密封在玻璃瓶中P和C，就必須找到一種能夠穿透玻璃的“火種”。所以，筆者聯想到用凸透鏡的聚焦性也許能達到目的。通過實驗，發(fā)現可行。

具體方法和步驟如下：

1.選擇太陽天， 準備好圖1的材料和一個凸透鏡。

2.將甲、乙兩瓶拿到醫(yī)院，用“排水集氣法”裝滿醫(yī)用氧氣，擰緊止水夾，塞緊如圖1的瓶塞，以保證瓶中含氧量充足，能夠維持P粉和C粉的完全燃燒。

3.裝置成圖1樣，置于太陽光下。

4.打開止水夾，見置于燒杯水中的玻璃導管口沒有氣泡時（這時瓶內的氣壓與外界一致），再擰緊止水夾。因為瓶中的氣體是在室內用“排水集氣法”收集的醫(yī)用氧氣，其氣壓高于外界的大氣壓，又在陽光下，比室內溫度高，會再次膨脹。不這樣做，可能會在以后的燃燒環(huán)節(jié)，由于生熱致瓶內氣體膨脹而發(fā)生危險。

5.在裝置周圍設遮擋物，實驗者要戴上頭盔，面罩，穿較厚的衣服，盡量不要有皮膚裸露，以防發(fā)生意外。

6.用凸透鏡隔著玻璃瓶把陽光聚焦在燃燒匙盛的紅磷粉和碳粉上，當溫度超過紅磷和碳的著火點時，開始燃燒。

7.燃燒停止，冷卻至外界氣溫或將裝置拿到室內冷卻至室溫，打開止水夾，出現本題要求的選項結果第三選項（C）。

此方法也可用于點燃密封在玻璃瓶中的其他可燃物。

注意事項：

1.步驟4、5千萬不能省略，且要做到位，否則可能會發(fā)生意外。

2.碳瓶中的氧氣含量一定要能夠維持碳的完全燃燒，如果氧氣不足，就會發(fā)生2C+O2→2CO的反應，生成的CO 摩爾數是消耗的O2的摩爾數的兩倍。在燃燒停止，冷卻后，會出現：燒杯的水中，接乙瓶的玻璃管口處，有氣泡冒出的“題外現象”。

3.燃燒匙中的紅磷和碳不需要本題所說的過量，因為，只要燃燒停止，氧的消耗就結束，并不需要把瓶中的氧氣消耗殆盡，才出現本題的“標準答案”。

4.甲、乙兩瓶并不需要等體積。因為，這一個實驗要證明的是瓶中消耗的氧氣有無其他氣體來補充，兩個瓶子體積是否相等，并不影響實驗結果的準確性。

如果本題能夠增加“怎樣點燃密封在玻璃瓶中的紅磷和碳”的設問，以喚起人們“把想法變?yōu)檗k法”的思考，彌補我們實驗科學類的教學中，普遍存在的實際操作不足，就更完美了。

參考文獻：

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

[2]張憲魁.實施物理科學方法教育的策略談[J].物理教學探討，2014，（1）：1.

（欄目編輯 陳 潔）