文档：喷泉实验及其演变

喷泉实验及其演变中学化学喷泉实验是个难度较大、富有探索意义的课题，同时又是具有重要位置的演示实验（人教版高级中学课本化学第一册（必修）将它置于封面）。我们以前关注更多的是改进实验装置，以增强实验的成功率和改善实验的演示效果。随着素质教育的深入，综合性课程的开设，研究性学习的开展，我们关注的视角重心应该转向如何进一步挖掘实验的功能，让学生对同一问题进行多角度多方位的思索，从而培养学生的创新精神和实践能力。从这个角度上说，笔者认为，喷泉实验的研究应把关注重心移至探讨喷泉实验形成的原因、成功的关键，列为重要的是依据其实验原理引导学生进行实验的探索、设计、变化出其他形式的“喷泉”，这样做可能更有创新的价值。一、氯化氢、氨气的喷泉实验高级中学课本化学第一册（必修）P．12、P．172分别安排了氯化氢和氨气的喷泉实验。（见图1）图1喷泉实验装置1．操作要点（1）先将带有玻璃管和滴管的塞子上的滴管吸满水后，用弹簧夹夹紧橡皮管待用。（2）用干燥的圆底烧瓶收集满瓶的气体，用上述塞子塞紧。立即倒置烧瓶，把玻璃管放进盛有水的烧杯（氯化氢的喷泉实验滴加紫色或蓝色石蕊试液，氨气的喷泉实验滴加酚酞试液）。（3）挤压胶头，启开弹簧夹，夹在玻璃管上。2．实验原理喷泉形成的原因，是由于烧瓶内的气体溶于水后，导致瓶内压强的骤减，与外界大气压强产生很大的压强差所致。气体体积迅速减小是导致压强骤减的直接原因，这是设计喷泉实验的根本所在。3．实验改进用一事先钻有绿豆大小圆孔的塑料瓶装事先滴有指示剂的水（水量不超过圆孔处）；塞上套有两个单孔胶塞的直玻璃管；直玻璃管末端套上乳胶头并扎紧，乳胶头用针尖扎小孔；把充满气体的烧瓶倒扣在玻璃管的另一胶塞上，塞紧（见图2）。图2改进的喷泉实验装置实验时，用手指堵住小圆孔，挤压塑料瓶使水从胶头处喷出后，不再挤压，可以明显地看到喷泉现象。4．实验演变根据喷泉形成的原因（烧瓶内外有很大的压强差），可以将氯化氢的喷泉实验和甲烷和氯气的反应设计成为简易的喷泉实验，分别见图3和图4。图3改进的喷泉实验图4甲烷和氯气反应的喷泉实验5．推广应用对有气体参加且反应后气体体积减小的一类反应均可设计成喷泉实验。例如，氯气与红磷反应，二氧化碳与氢氧化钠反应，乙烯与溴水反应，红磷在氧气中燃烧等。二、一氧化氮的氧化和二氧化氮的溶解喷泉实验的设计1．设计启发用大量筒收集一筒二氧化氮气体，倒扣在盛水的水槽里，一会儿看到量筒里红棕色气体消失，量筒里水面上升……再往量筒里通入适量氧气，又出现红棕色，一会儿红棕色又消失，液面又上升……［高级中学课本化学第一册（必修）P．184习题7］思维启迪：一氧化氮氧化成二氧化氮，二氧化氮溶于水，引起气体颜色的变化，导致压强的减少，能不能将这些过程设计为喷泉实验呢？2．实验演变取一只500mL圆底烧瓶，配上双孔橡皮塞，一孔插直玻璃管，直玻璃管下用胶管再连接一段直玻璃管，夹上止水夹B，并把直玻璃管插入盛有紫色石蕊试液的烧杯中；另一孔插直角导管，并用橡皮管和氧源相接，橡皮管上夹上止水夹A（见图5）。图5的喷泉实验实验时，在烧瓶中用排水集气法收集一氧化氮，瓶颈处留下约5mL水。把烧瓶固定在铁架台上，然后打开止水夹A，通入适量的氧气，使一氧化氮几乎完全氧化成二氧化氮，瓶中气体的颜色由无色立即变成棕色，随即夹紧止水夹A。由于二氧化氮易溶于水，使棕色逐渐消失，这时瓶内压强减少，随即打开止水夹B，烧杯中紫色石蕊试液立即被外界大气压压入烧瓶，形成美丽的红色喷泉。当烧瓶内喷泉停止喷水后，再夹紧止水夹B，打开止水夹A，通入适量的氧气。重复上述操作。设计意图：利用喷泉实验的形成原理，将一氧化氮的氧化和二氧化氮的溶解设计成喷泉实验，不仅有利于引导学生学以致用、思维的创新，而且还有助于加深对一氧化氮和二氧化氮的认识。三、二氧化锰对过氧化氢的催化分解实验1．设计启发高级中学课本化学第二册（必修）P．82（1990年10月第1版）乙炔的实验室制法与收集装置，通过分液漏斗向烧瓶中的碳化钙滴加饱和食盐水生成乙炔气体，使烧瓶内的压强不断增大，从而把试管中的水排出，收集到乙炔（如图6）。图6实验室制取乙炔2．实验演变（1）将双氧水的分解实验设计成喷泉实验设计点拨：氯化氢、氨气的喷泉形成的原因是瓶内压强骤减导致与外界产生压强差，液体由外往里喷。如不给学生思维引导，这会给学生错觉，甚至会产生根深蒂固的思维认识。设计喷泉实验，也可考虑增大瓶内的压强让液体由内向外喷。取二氧化锰2g放在烧杯中，加入少量水，用玻璃棒搅拌成稀糊，并装入分液漏斗中。在装有分液漏斗的广口瓶中装入50mL3％的过氧化氢溶液，打开分液漏斗，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下，迅速分解，瓶内由于氧气的生成使压力骤增，以致将瓶中的水从尖嘴处压出，形成喷泉（如图7）。图7的分解形成的喷泉（2）金属钠与水的实验（如图8）。图8与水的反应形成喷泉四、氢氧化钠跟二氧化碳的反应深层思索：瓶内外压强的显著差异导致了喷泉现象；也就是说，喷泉是一种外在表现形式，显示的是瓶内外气体压强的差异。那么，是否可以通过其他外在形式来显示压强的变化呢？由喷泉实验的启示，我们将氢氧化钠跟二氧化碳的反应设计成如图9所示的实验。图9与反应产生压强差的实验操作：取大试管或20mL－100mL的细口瓶，内壁用水润湿，再通入二氧化碳，验满后塞好待用。实验时，