噴泉實(shí)驗(yàn)是一個(gè)富有探索意義的實(shí)驗(yàn),在高中化學(xué)教學(xué)中具有重要的地位。實(shí)驗(yàn)的基本原理是使燒瓶?jī)?nèi)外在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)差,利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶?jī)?nèi),在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉(如圖1)。
這類實(shí)驗(yàn)的要求是:①裝置氣密性良好;②所用氣體能大量溶于所用液體或氣體與液體快速反應(yīng)。能進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)通常有以下幾組:
噴泉實(shí)驗(yàn)?zāi)苄蜗蟮卣f明某些氣體極易溶于水(或特定溶液)。根據(jù)其原理進(jìn)行拓展還可以探討噴泉實(shí)驗(yàn)的多種應(yīng)用。
一、根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置和條件拓展
例如,2002年全國(guó)理綜試題第29題給出如圖2所示的裝置,要求說明引發(fā)噴泉的方法。
通過分析產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象的原理,不難發(fā)現(xiàn)。只要打開止水夾,用手(或熱毛巾等)將燒瓶捂熱,氨氣受熱膨脹,趕出玻璃管內(nèi)的空氣,氨氣與水接觸后迅速溶解,使燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。就能發(fā)生噴泉。
二、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題拓展
例如,某同學(xué)用HCl氣體做噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí),噴入燒瓶?jī)?nèi)的水不足燒瓶容積的1/3,其原因不可能是( )。
(A)燒瓶潮濕
(B)裝置氣密性不好
(C)水里沒有加石蕊試液
(D)燒瓶?jī)?nèi)未集滿HCl
噴泉實(shí)驗(yàn)失敗的原因很多,要弄清本質(zhì)進(jìn)行大膽假設(shè)。很明顯(A)(B)(D)都能使噴入燒瓶?jī)?nèi)的水不足燒瓶容積的1/3,所以答案為(C)。
三、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象拓展
如圖3所示,甲學(xué)生在燒瓶中充滿O2,并在反匙燃燒匙中加入一種白色固體物質(zhì),欲做O2的噴泉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開始,用凸透鏡將日光聚焦于反匙燃燒匙中的固體,燃燒匙內(nèi)出現(xiàn)一陣火光和白煙。等一會(huì)兒,打開橡皮管上的止水夾?？吹接忻利惖膰娙l(fā)生。請(qǐng)問他在反匙燃燒匙中加入了什么物質(zhì)?
綜合分析上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象,結(jié)合噴泉實(shí)驗(yàn)的原理,我們會(huì)很容易想到反匙燃燒匙中加入的物質(zhì)是白磷。白磷與燒瓶?jī)?nèi)的O2反應(yīng)生成P2O5固體,使燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。打開止水夾后燒杯中的水被壓入燒瓶?jī)?nèi)形成噴泉。
四、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的生成物拓展
噴泉實(shí)驗(yàn)是不是只能噴液體,能不能噴出別的什么物質(zhì)呢?
如圖4裝置,實(shí)驗(yàn)前A、B、C活塞均關(guān)閉。若要在該裝置中產(chǎn)生噴煙現(xiàn)象,該怎樣操作?若想在該裝置中產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象,該怎樣操作?
分析:擠壓膠頭滴管,滴管中的水溶解右瓶中的部分NH3使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。打開活塞A、B,左瓶中的HCl進(jìn)入右瓶生成NH4Cl固體而產(chǎn)生噴煙現(xiàn)象。若此時(shí)打開活塞C,則燒杯內(nèi)的水會(huì)壓向左右兩個(gè)燒瓶,在左瓶中產(chǎn)生紅色噴泉,在右瓶中產(chǎn)生藍(lán)色噴泉。
五、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物拓展
是不是只有無機(jī)物氣體才能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象呢?
把充滿乙烯的圓底燒瓶用帶有尖嘴導(dǎo)管的橡皮塞塞緊,按圖5安裝好儀器。
松開彈簧夾A,通過導(dǎo)管C向盛溴水的錐形瓶中鼓入空氣,使約10 mL 溴水壓入燒瓶,再把彈簧夾a夾緊。振蕩燒瓶,溴水很快褪色,有油狀物生成,燒瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓。松開彈簧夾A,溴水自動(dòng)噴入。噴入約10 mL 溴水后,再把彈簧夾a夾緊,振蕩燒瓶,溴水又很快褪色。如此重復(fù)操作幾次。當(dāng)噴入的溴水顏色不能完全褪盡時(shí),說明燒瓶中的氣體已經(jīng)完全反應(yīng)。松開彈簧夾B,讓蒸餾水噴入燒瓶也可形成噴泉。只要反應(yīng)完全,液體幾乎可充滿整個(gè)燒瓶。
六、關(guān)于生成物濃度的計(jì)算拓展
例如,同溫同壓下兩個(gè)等體積的干燥燒瓶中分別 充滿①NH3 ②NO2,進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn),經(jīng)充分反應(yīng)后燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為 ( )
(A)①<② (B)①>②
(C)①=② (D)無法確定
分析:①設(shè)燒瓶的體積為V L,則充滿NH3后氣體的物質(zhì)的量為mol。發(fā)生噴泉現(xiàn)象后,燒瓶將充滿溶有NH3的溶液,即溶液的體積為V L,所以燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為mol/L。
②設(shè)燒瓶的體積為V L,則充滿NO2后氣體的物質(zhì)的量為 mol。發(fā)生如下反應(yīng):3NO2+2H2O=2HNO3+NO,反應(yīng)后生成HNO3的物質(zhì)的量為 mol。由于剩余L氣體,所以燒瓶中溶液的體積為L(zhǎng),因此燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度也為mol/L。所以答案選(C)。
七、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理反向思維拓展
通常的噴泉實(shí)驗(yàn)是設(shè)法減小燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)形成負(fù)壓,使液體噴入燒瓶。能不能增大外面的壓強(qiáng)將液體壓入燒瓶呢?請(qǐng)看以下兩個(gè)例子。
①如圖6裝置,在錐形瓶中加入足量的下列物質(zhì),能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象的是( )
(A)碳酸鈉和稀鹽酸 (B)氫氧化鈉和稀鹽酸
(C)銅和稀硫酸 (D)硫酸銅和氫氧化鈉溶液
分析:碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)能產(chǎn)生大量的CO2氣體使錐形瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)增大,從而將反應(yīng)混合物壓入燒瓶。也能形成噴泉。所以答案選(A)。
②如圖7裝置,在錐形瓶外放一個(gè)水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入冰水后,再加入足量的下列物質(zhì),產(chǎn)生了噴泉,問水槽中加入的物質(zhì)可以是( )
(A)濃硫酸 (B)食鹽 (C)硝酸鉀 (D)硫酸銅
分析:濃硫酸溶于水放熱,可使錐形瓶?jī)?nèi)的酒精部分氣化而使錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大,將酒精壓入燒瓶形成噴泉。答案為(A)。
因此,通過化學(xué)反應(yīng)或某些物理方法使燒瓶外面的壓強(qiáng)大于燒瓶里面的壓強(qiáng)也能形成噴泉。
以上兩例的原理實(shí)際上就是人造噴泉和火山爆發(fā)的原理。
八、噴泉原理的遷移拓展
tt
評(píng)論（0）