文檔：噴泉實(shí)驗(yàn)及其演變

噴泉實(shí)驗(yàn)及其演變中學(xué)化學(xué)噴泉實(shí)驗(yàn)是個(gè)難度較大、富有探索意義的課題，同時(shí)又是具有重要位置的演示實(shí)驗(yàn)（人教版高級(jí)中學(xué)課本化學(xué)第一冊(cè)（必修）將它置于封面）。我們以前關(guān)注更多的是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的成功率和改善實(shí)驗(yàn)的演示效果。隨著素質(zhì)教育的深入，綜合性課程的開(kāi)設(shè)，研究性學(xué)習(xí)的開(kāi)展，我們關(guān)注的視角重心應(yīng)該轉(zhuǎn)向如何進(jìn)一步挖掘?qū)嶒?yàn)的功能，讓學(xué)生對(duì)同一問(wèn)題進(jìn)行多角度多方位的思索，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。從這個(gè)角度上說(shuō)，筆者認(rèn)為，噴泉實(shí)驗(yàn)的研究應(yīng)把關(guān)注重心移至探討噴泉實(shí)驗(yàn)形成的原因、成功的關(guān)鍵，列為重要的是依據(jù)其實(shí)驗(yàn)原理引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探索、設(shè)計(jì)、變化出其他形式的“噴泉”，這樣做可能更有創(chuàng)新的價(jià)值。一、氯化氫、氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)高級(jí)中學(xué)課本化學(xué)第一冊(cè)（必修）P．12、P．172分別安排了氯化氫和氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)。（見(jiàn)圖1）圖1噴泉實(shí)驗(yàn)裝置1．操作要點(diǎn)（1）先將帶有玻璃管和滴管的塞子上的滴管吸滿水后，用彈簧夾夾緊橡皮管待用。（2）用干燥的圓底燒瓶收集滿瓶的氣體，用上述塞子塞緊。立即倒置燒瓶，把玻璃管放進(jìn)盛有水的燒杯（氯化氫的噴泉實(shí)驗(yàn)滴加紫色或藍(lán)色石蕊試液，氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)滴加酚酞試液）。（3）擠壓膠頭，啟開(kāi)彈簧夾，夾在玻璃管上。2．實(shí)驗(yàn)原理噴泉形成的原因，是由于燒瓶?jī)?nèi)的氣體溶于水后，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)的驟減，與外界大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生很大的壓強(qiáng)差所致。氣體體積迅速減小是導(dǎo)致壓強(qiáng)驟減的直接原因，這是設(shè)計(jì)噴泉實(shí)驗(yàn)的根本所在。3．實(shí)驗(yàn)改進(jìn)用一事先鉆有綠豆大小圓孔的塑料瓶裝事先滴有指示劑的水（水量不超過(guò)圓孔處）；塞上套有兩個(gè)單孔膠塞的直玻璃管；直玻璃管末端套上乳膠頭并扎緊，乳膠頭用針尖扎小孔；把充滿氣體的燒瓶倒扣在玻璃管的另一膠塞上，塞緊（見(jiàn)圖2）。圖2改進(jìn)的噴泉實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)時(shí)，用手指堵住小圓孔，擠壓塑料瓶使水從膠頭處噴出后，不再擠壓，可以明顯地看到噴泉現(xiàn)象。4．實(shí)驗(yàn)演變根據(jù)噴泉形成的原因（燒瓶?jī)?nèi)外有很大的壓強(qiáng)差），可以將氯化氫的噴泉實(shí)驗(yàn)和甲烷和氯氣的反應(yīng)設(shè)計(jì)成為簡(jiǎn)易的噴泉實(shí)驗(yàn)，分別見(jiàn)圖3和圖4。圖3改進(jìn)的噴泉實(shí)驗(yàn)圖4甲烷和氯氣反應(yīng)的噴泉實(shí)驗(yàn)5．推廣應(yīng)用對(duì)有氣體參加且反應(yīng)后氣體體積減小的一類反應(yīng)均可設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)。例如，氯氣與紅磷反應(yīng)，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)，乙烯與溴水反應(yīng)，紅磷在氧氣中燃燒等。二、一氧化氮的氧化和二氧化氮的溶解噴泉實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)1．設(shè)計(jì)啟發(fā)用大量筒收集一筒二氧化氮?dú)怏w，倒扣在盛水的水槽里，一會(huì)兒看到量筒里紅棕色氣體消失，量筒里水面上升……再往量筒里通入適量氧氣，又出現(xiàn)紅棕色，一會(huì)兒紅棕色又消失，液面又上升……［高級(jí)中學(xué)課本化學(xué)第一冊(cè)（必修）P．184習(xí)題7］思維啟迪：一氧化氮氧化成二氧化氮，二氧化氮溶于水，引起氣體顏色的變化，導(dǎo)致壓強(qiáng)的減少，能不能將這些過(guò)程設(shè)計(jì)為噴泉實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?．實(shí)驗(yàn)演變?nèi)∫恢?00mL圓底燒瓶，配上雙孔橡皮塞，一孔插直玻璃管，直玻璃管下用膠管再連接一段直玻璃管，夾上止水夾B，并把直玻璃管插入盛有紫色石蕊試液的燒杯中；另一孔插直角導(dǎo)管，并用橡皮管和氧源相接，橡皮管上夾上止水夾A（見(jiàn)圖5）。圖5的噴泉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在燒瓶中用排水集氣法收集一氧化氮，瓶頸處留下約5mL水。把燒瓶固定在鐵架臺(tái)上，然后打開(kāi)止水夾A，通入適量的氧氣，使一氧化氮幾乎完全氧化成二氧化氮，瓶中氣體的顏色由無(wú)色立即變成棕色，隨即夾緊止水夾A。由于二氧化氮易溶于水，使棕色逐漸消失，這時(shí)瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減少，隨即打開(kāi)止水夾B，燒杯中紫色石蕊試液立即被外界大氣壓壓入燒瓶，形成美麗的紅色噴泉。當(dāng)燒瓶?jī)?nèi)噴泉停止噴水后，再夾緊止水夾B，打開(kāi)止水夾A，通入適量的氧氣。重復(fù)上述操作。設(shè)計(jì)意圖：利用噴泉實(shí)驗(yàn)的形成原理，將一氧化氮的氧化和二氧化氮的溶解設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)，不僅有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、思維的創(chuàng)新，而且還有助于加深對(duì)一氧化氮和二氧化氮的認(rèn)識(shí)。三、二氧化錳對(duì)過(guò)氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)1．設(shè)計(jì)啟發(fā)高級(jí)中學(xué)課本化學(xué)第二冊(cè)（必修）P．82（1990年10月第1版）乙炔的實(shí)驗(yàn)室制法與收集裝置，通過(guò)分液漏斗向燒瓶中的碳化鈣滴加飽和食鹽水生成乙炔氣體，使燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)不斷增大，從而把試管中的水排出，收集到乙炔（如圖6）。圖6實(shí)驗(yàn)室制取乙炔2．實(shí)驗(yàn)演變（1）將雙氧水的分解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)撥：氯化氫、氨氣的噴泉形成的原因是瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)驟減導(dǎo)致與外界產(chǎn)生壓強(qiáng)差，液體由外往里噴。如不給學(xué)生思維引導(dǎo)，這會(huì)給學(xué)生錯(cuò)覺(jué)，甚至?xí)a(chǎn)生根深蒂固的思維認(rèn)識(shí)。設(shè)計(jì)噴泉實(shí)驗(yàn)，也可考慮增大瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)讓液體由內(nèi)向外噴。取二氧化錳2g放在燒杯中，加入少量水，用玻璃棒攪拌成稀糊，并裝入分液漏斗中。在裝有分液漏斗的廣口瓶中裝入50mL3％的過(guò)氧化氫溶液，打開(kāi)分液漏斗，過(guò)氧化氫在二氧化錳的催化作用下，迅速分解，瓶?jī)?nèi)由于氧氣的生成使壓力驟增，以致將瓶中的水從尖嘴處壓出，形成噴泉（如圖7）。圖7的分解形成的噴泉（2）金屬鈉與水的實(shí)驗(yàn)（如圖8）。圖8與水的反應(yīng)形成噴泉四、氫氧化鈉跟二氧化碳的反應(yīng)深層思索：瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)的顯著差異導(dǎo)致了噴泉現(xiàn)象；也就是說(shuō)，噴泉是一種外在表現(xiàn)形式，顯示的是瓶?jī)?nèi)外氣體壓強(qiáng)的差異。那么，是否可以通過(guò)其他外在形式來(lái)顯示壓強(qiáng)的變化呢？由噴泉實(shí)驗(yàn)的啟示，我們將氫氧化鈉跟二氧化碳的反應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖9所示的實(shí)驗(yàn)。圖9與反應(yīng)產(chǎn)生壓強(qiáng)差的實(shí)驗(yàn)操作：取大試管或20mL－100mL的細(xì)口瓶，內(nèi)壁用水潤(rùn)濕，再通入二氧化碳，驗(yàn)滿后塞好待用。實(shí)驗(yàn)時(shí)，