喷泉实验的相关探究

喷泉实验的相关探究

喷泉实验的相关探究

一．探究问题的提出：化学课上，教师常用喷泉实验来说明氨气易溶于水。看了这个实验后，学生感到很有意思、很兴奋，同时也有许多疑问，“是不是易溶于水的气体都可以做喷泉实验，一些难溶于水的气体能否用来做喷泉实验呢?”“吸收液有什么作用，吸收液是否一定要用水，其他液体行不行，不用吸收液行不行，即能否利用气体与固体间的反应、气体与气体间的反应来实现喷泉实验，如果行，又有什么要求?”“怎样设计多种颜色的喷泉，能否形成其他形式的喷泉”。这正是培养学生创新精神和实践能力、促进学生思维发展的好机会。

二．问题解决的设想：我们设计了几个探究实验，分析问题、设计实验、解决疑问。实验过程中互相交流各自在探究活动中的体会，比较各个探究方案的优势和不足，以及探究过程中的经验教训。本探究实验目的在于让学生在探究活动中，学会动脑思考、提出问题、分析问题、动手实践、解决问题。开放式的教学使学习的形式和内容更加丰富多彩，使学生真正成为学习的主人；使学生有机会表现自我，在教师与同学的肯定之下，树立自信心。并在学习、积累、提高的过程中促进学生的全面发展，使之逐渐具备与现代社会需要相适应的学习方法。

三．实验综述：喷泉实验是中学化学教学中一个十分经典的演示实验。根据形成喷泉的原理，归纳了中学化学中可设计成喷泉实验的不同的反应类型，并列举了实例加以说明，最后列举了几种引发喷泉的方法。

1．极易溶于水的气体可设计成喷泉实验：

氨气(NH3)和氯化氢(HCl)气体均极易溶于水。1体积的水常温下大约分别能溶解700体积

的氨气和500体积的氯化氢气体。因此，氨气和氯化氢气体溶于水的实验可设计成喷泉实验。

2．气态物质发生化学反应生成固态或液态物质的反应可设计成喷泉实验：

2．1 氯气跟消石灰的反应

在500ml圆底烧瓶里收集满氯气(Cl2)，加入约10g消石灰(Ca(OH)2)，塞紧带尖嘴的玻璃管的胶塞。小心摇动烧瓶，使氯气跟消石灰充分反应后将玻璃管插入盛有红颜色水的烧杯中，打开玻璃管上的止水夹，烧瓶内即出现美丽的喷泉。

2．2 二氧化氮跟水反应 在500ml烧瓶内加入10ml浓硝酸(HNO3)，再放入一小块铜片。待反应产生的红棕色二氧化氮(NO2)气体赶尽空气充满整个烧瓶时，立即用尖嘴下绑有一团浸湿水的棉团的玻璃管的胶塞塞紧烧瓶瓶口，并将烧瓶固定在铁架台上，将玻璃管插入盛有紫色石蕊试液的烧杯中。打开玻璃管上的止水夹，轻轻摇动烧瓶，即可产生美丽的红色喷泉"

2．3 二氧化碳跟氢氧化钠反应

在500ml烧瓶中收集满二氧化碳(CO2)气体，小心地加入10ml40%的氢氧化钠(NaOH)溶液，立

即用带玻璃尖嘴管的胶塞塞紧。轻轻摇动烧瓶，待充分反应后，打开插入盛有红色水溶液烧杯中玻璃管上的止水夹，即可形成喷泉。

2．4 氯气跟甲烷的取代反应

向500ml的烧瓶中先通入氯气(Cl2)，再通入甲烷(CH4)，塞紧带尖嘴玻璃管的胶塞，将玻璃管插

入盛有水的烧杯中。用200W电灯泡在反光镜配合下照射烧瓶2~3分钟，打开玻璃管上的止水夹，即可形成喷泉。实验完毕后，在烧瓶内液面上出现油层。

2．5 红磷在氧气中燃烧的反应

用500ml圆底烧瓶排水法收集满氧气(O2)。在带玻璃尖嘴管的胶塞上插入燃烧匙，燃烧匙内放少量红磷(P)。将燃烧匙放在酒精灯火焰上加热，待红磷燃烧后，迅速将燃烧匙伸入圆底烧瓶内，并将烧瓶口用胶塞塞紧。等反应完成，烧瓶逐渐冷却后，将烧瓶倒置固定在铁架台上，玻璃管伸入盛有紫色石蕊试液的烧杯中"打开玻璃管上的止水夹，即可形成美丽的红色喷泉。

2．6 氯化氢与氨气的反应

用500ml干燥的圆底烧瓶收集满氨气(NH3)，瓶口用带玻璃尖嘴管的胶塞塞紧，玻璃管的另一端通过单孔胶塞插入盛有浓盐酸(HCl)的塑料瓶中。打开玻璃管上的止水夹，用手挤控塑料瓶，使塑料瓶中的氯化氢气体通过玻璃尖嘴进入圆底烧瓶内与氨气接触，即可形成白色的喷烟。

3 液态物质与固态物质反应生成气态物质的反应可设计成喷泉实验：

3．1 二氧化锰催化分解过氧化氢放出氧气的反应

取两支具支试管，用乳胶管将两支管连接起来在一支试管内放入少量的二氧化锰(MnO2)，管口用带分液漏斗的胶塞塞紧，分液漏斗中装10%的过氧化氢(H2O2)溶液"另一支试管内装约2/3体积的红色溶液，管口用带玻璃尖嘴的胶塞塞紧，玻璃管的另一端插入试管内溶液的底部(装置右图)。打开分液漏斗的旋塞，一次性放入一定量的过氧化氢溶液，然后关闭分液漏斗。过氧化氢分解放出的氧气进入另一试管，将试管内红色溶液压出形成红色喷泉。

3．2 金属钠跟水的反应 取一支大试管，管内盛约3/4体积滴加酚酞试液的水溶液。在试管内投入一小块金属钠(Na)，立即用带玻璃尖嘴的胶塞塞紧管口。钠与水反应放出氢气，将溶液通过尖嘴压出形成红色喷泉(装置右图)。

4 喷泉的引发方法

在喷泉实验中，对易溶于水或氢氧化钠溶液的气体，可采用下列方法进行喷泉引发。

4．1用吸满水的胶头滴管向烧瓶内挤水可引发喷泉

4．2 在伸入烧瓶内的尖嘴玻璃管下方绑一浸有水或氢氧化钠溶液的棉团，可引发喷泉

4．3 用浸有冰水或热水的棉布包裹烧瓶可引发喷泉：

用浸有冰水的棉布包裹烧瓶，烧瓶内气体体积受冷收缩，压力降低，烧杯中的溶液受大气压力作用进入烧瓶，可引发喷泉。用浸有热水的棉布包裹烧瓶，烧瓶内气体体积受热膨胀，使气体逸出。撤去热布冷却，烧瓶内气体由于质量减少，压力减小，烧杯中的溶液受大气压力作用进入烧瓶，可引发喷泉。

4．4 在烧瓶底外壁滴乙醚可引发喷泉：

由于乙醚((C2H5)2O)沸点较低(沸点35.6℃)，易挥发带走热量，使烧瓶内气体体积受冷收缩，压力降低，烧杯中的溶液受大气压力作用进入烧瓶，从而引发喷泉。

4．5 在盛溶液的塑料瓶上方打小孔可引发喷泉 将盛溶液的烧杯改成塑料瓶，在塑料瓶上方打一小孔。塑料瓶口用玻璃导管的胶塞塞紧，并通过玻璃导管与圆底烧瓶连接。实验时，用手指按住小孔，挤压塑料瓶，使溶液进入圆底烧瓶。放开手指塑料瓶通过小孔与大气相通，由于大气压力作用，可引发喷泉。

四．实验设计方案：

探究方案1 模拟喷泉的基本实验原理

(1)将少量酒精注入圆底烧瓶中,并用水浴加热;

(2)扇气入鼻,确定酒精是否挥发并充满整个烧瓶;

(3)组装装置(如右图a);

(4)用冷的湿布使烧瓶冷却后打开止水夹,观察现象

探究方案2 易溶于水的气体形成的喷泉实验

(1)实验前准备一瓶氨气;

(2)将烧瓶固定于铁架台上(如图b);

(3)向烧杯中滴加酚酞试液，挤出胶头滴管中的水;

(4)将止水夹打开，观察现象;

探究方案3难溶于水的气体形成的喷泉实验

二氧化氮：

1．向饮料瓶内加入约适量的水。

2．将0.2 g左右的细铜丝缠在靠近橡皮塞的尖嘴导管上。

3．向250 mL圆底烧瓶内加人5 mL－8 mL浓硝酸，迅速将带有细铜丝尖嘴导管一端插人圆底烧瓶内，塞紧橡皮塞(如图甲示)。

4．左手握持饮料瓶身，用力挤压，致使饮料瓶内无空气时，右手倒置圆底烧瓶，并快速将导管插人饮料瓶内，塞紧橡皮塞(如图乙示)。

5．当圆底烧瓶内充满了红棕色气体、细铜丝反应完时，用手挤压饮料瓶，使少量水进人圆底烧瓶内，然后松开手(必要时，摇动一下实验装置，二氧化氮溶于水更多，喷泉更激烈)。

二氧化碳：

1．连接好实验装置，首先向烧杯中装有适量的氢氧化钠溶液，再向圆底中充满干燥的二氧化碳气体，立即塞上单孔塞。

2．打开止水夹可见烧杯中的水迅速进入乙瓶中形成“喷泉”。

二氧化硫：

1．连接好实验装置，首先向烧杯中装有适量的氢氧化钠溶液，再向圆底中充满干燥的二氧化硫气体，立即塞上单孔塞。

2．打开止水夹可见烧杯中的水迅速进入乙瓶中形成“喷泉”。

比较二氧化硫和二氧化碳在氢氧化钠中的溶解度

探究方案4 双色喷泉实验探究

(1)实验前将HCl充满左边蒸馏烧瓶; 将NH3充满右边蒸馏烧瓶

(2)组装仪器(如右图);

(3)将阀门打开,观察现象

五．实验现象记录：

探究实验1：烧瓶冷却后打开止水夹，即形成喷泉，最后液体几乎充满烧瓶

探究实验2：打开止水夹之后即形成喷泉，最终液体几乎充满了烧瓶

探究实验3：二氧化氮：铜跟浓硝酸立即开始反应，红棕色气体由下而上逐渐充满圆底烧瓶，反应液呈绿色；大部分空气通过尖嘴导管被排入饮料瓶内，聚集在饮料瓶上部；饮料瓶渐渐地鼓起，最后接近原形。挤压塑料瓶后立即形成喷泉，绿色溶液逐渐变成蓝色溶液，最后呈现淡蓝色溶液(体积接近烧瓶容积的2/3);圆底烧瓶内的红棕色气体逐渐变浅，最后呈无色气体(体积接近烧瓶容积的1 /3 );饮料瓶体凹下的体积接近烧瓶容积的2/3。

二氧化碳二氧化硫：打开止水夹之后即形成喷泉，

六．问题探究：

1．通过探究活动,得出阶段性的总结:

①形成喷泉的原因是烧瓶内外气体压强的差别，因而要形成喷泉的关键是在容器内外形成足够大的压强差。

②吸收液的作用是形成容器内外的压强差如果其他方法可以做到这一点，就不一定要用吸收液。

③通过碱或酸与酸碱指示剂的作用，能产生有色喷泉。

2．为什么水总是不能充满烧瓶？

对于象HCl、NH3这样溶解度很大的气体，做它们的喷泉实验，应该说溶液最终是能够充满整个烧瓶的，而实际在课堂演示中是不可能做到这一点的。因为我们所使用的水中溶有空气，当NH3等气体溶解之后，容器中的负压造成溶于水中的空气逸出。另外，在制气装置和导气管中还有未排尽的空气，也一并被喷泉水夹带进入演示烧瓶内，这就是喷泉不能充满的主因。

3．喷泉实验对学生能力的培养

①用美丽多彩的喷泉实验，激发学生的学习兴趣。

实验成功后，学生们可以看到美丽的喷泉，用鲜明的实验现象来激发学生的学习欲望，使之处于兴奋状态，继而创设问

题情境，讨论产生喷泉的原因，知其然，还须知其所以然。

②用“成功”“失败”的实验体验，