标题 | 一道实验试题的巧妙实现 |
范文 | 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 ■ 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) |
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