高中化学实验-喷泉实验及高中化学实验经典题型及解析

实验专题之四喷泉实验

一.

关于喷泉实验氨气的喷泉实验是一个很基础也很有趣的演示实验,高考也经常考查与喷泉实验有关的知识,并且考查的内容越来越新颖多样。喷泉实验利用氨气在水中溶解度很大（体积比1：700），在短时间内烧瓶内气压减小，从而使外界大气压大于瓶内气压，在打开活塞后，大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。基于喷泉实验汇总的问题主要有以下几个：(1)这个喷泉实验的原理跟生活中见到的喷泉原理一样吗？不一样的话，能否将生活喷泉的原理搬到化学实验中？(2)老师在课堂演示时有时会出现实验失败，到底是什么原因导致的？有什么方法可以提高实验的成功率？(3)除了形成单一的红色喷泉，能不能形成其他颜色的喷泉呢？如果可以要选用什么药品？能不能设计出彩虹般的喷泉？(4)作为喷泉实验原料气的溶解度应是多少？难溶或不溶性气体能否形成喷泉？(5)喷泉实验的装置如何进行改进和创新？能不能设计出双喷泉甚至三喷泉？(6)实验中有哪些因素会对喷泉的效果有影响，如导管的高度，实验时的温度，吸收液的温度等等？由此拟定研究方向：①化学喷泉与生活喷泉的联系；②喷泉实验的改进研究；③彩色喷泉的探究。让学生自由选择研究方向，设计实验对相关内容进行探究。二.生活喷泉与化学喷泉课堂上演示的喷泉实验，是减小烧瓶内气压并在外界大气压的作用下，形成喷泉。而广场上多姿多彩的喷泉原理是增大内部气压，在正常大气压下形成喷泉，原理与火山喷发类似。于是，本课题将生活中形成喷泉的原理在实验室进行模拟。实验一：利用MnO2加快H2O2分解氧气，加大烧瓶内压强，在空气中形成喷泉H2O22H20+O2图1图2步骤：1、先关闭导管上的止水夹，向烧瓶中放入MnO2，分液漏斗中装H2O2,快速塞紧胶塞，打开分液漏斗，使烧瓶中快速聚集氧气，气压增大；2、在一段时间后，打开止水夹，烧瓶中的水受到高压而喷出，在导管的出口处形成喷泉。（装置如图1所示）实验二：加热氨水使烧杯内压强增大从而形成喷泉NH3·H2OH2O+NH3↑步骤：1、先关闭止水夹，向盛有浓氨水的烧瓶进行加热，使浓氨水分解成氨气和水；2、待瓶内气体大量聚集后，气压增大到一定程度时打开止水夹，让液体顺导管喷出，形成喷泉。（装置如图2所示）三．喷泉实验的改进和创新课本里的喷泉实验形成的喷泉只持续一小会儿，无法让这美丽的瞬间持久，并且只有一个喷泉，形式单一。于是，本课题根据该实验原理，设计新的装置，达到感官上的突破。课题由2个小组完成，一个小组负责研究和设计出持久性喷泉；一个小组设计出双喷泉，让喷泉实验更精彩。

图3

图4

1.形成持久性喷泉步骤：1）制备一烧瓶的O2、如图3组装装置；2）用放大镜聚焦使磷燃烧，消耗氧气；3）烧瓶内压强减小，H2O2溶液进入烧瓶中形成喷泉，H2O2溶液与MnO2反应再生成O2，如此不断进行；4、当溶液到达一定程度时，打开止水夹，使水流下。2.喷烟和双喷泉实验步骤：1）制取一烧瓶氨气和一烧瓶HCl，如图4连接装置；2）关闭止水夹C，挤压胶头滴管，烧瓶中氨气部分溶解，压强减小，打开a、b，HCl被压入盛NH3的烧瓶中，形成喷烟现象；3）打开止水夹C，由于两个烧瓶中压强都小于大气压，因此形成双喷泉。3.彩色喷泉课本中利用氨气和滴有酚酞的水形成红色的喷泉，在惊叹其美丽的同时，却也因其颜色单一而感到乏味，于是通过查阅资料，有三种方案可以设计出多种颜色的喷泉。第一种方案：烧瓶中由装一种气体改装两种或多种气体。这些气体互不反应,但却能与同一种液体反应生成不同颜色的产物而形成彩色喷泉。第二种方案：烧杯中由盛一种溶液改盛几种互不反应的溶液,而烧瓶中只盛一种气体,且这种气体能与上述几种溶液反应生成不同颜色的产物而形成彩色喷泉。第三种方案：用烧瓶装几种互不反应的气体,烧杯也装几种互不反应的液体,且这几种气体能与上述几种溶液反应生成不同颜色的产物而形成彩色喷泉。课题分为四个小组，选择HCl、NH3、Cl2、CO2做为原料气，再通过选择不同的实验溶液，达到彩色喷泉的效果。

图5

步骤：

1）先用一个干燥的圆底烧瓶收集足够量实验用气体；

2）用带有三根玻璃管(一端成尖嘴状,且尖嘴状一端应插入烧瓶内)的塞子塞紧瓶口,倒置烧瓶,三根玻璃管的末端分别插入盛有实验需用的三种不同试剂溶液的酸奶瓶里；

3）三位学生同时挤压酸奶瓶,由于烧瓶内的气体极易溶于上述三种溶液中，使烧瓶内压强减小，酸奶瓶内溶液由玻璃管进入烧瓶，从而形成多种颜色的彩色喷泉。

4)更换烧瓶内其他与酸奶瓶中溶液，达到更多的颜色喷泉。实验的气体、溶液、颜色、变色原因如下表（其中颜色和变色原因由学生通过实验和查阅相关资料填写），装置如图5

编号烧瓶中气体烧杯中的液体喷泉的颜色变色的原因1HCl石蕊试液红色HCl的水溶液呈酸性，遇石蕊试液变红硝酸银溶液白色产生了白色的AgNO3沉淀氢氧化铜悬浮液绿色2HCl+Cu(OH)2=CuCl2+2H2O，在CuCl2的水溶液中存在[CuCl4]2-和[Cu(H2O)4]2+两种绿色离子2Cl2KSCN的FeCl2溶液红色Cl2氧化Fe2+变为Fe3+，使KSCN变红KI的淀粉溶液蓝色Cl2置换出KI中的I2，I2与淀粉变蓝KBr的CCl4溶液橙色Cl2置换出KBr中的Br2，Br2的CCl4溶液呈橙色3NH3酚酞试液红色NH3的水溶液呈碱性，遇酚酞变红石蕊试液蓝色NH3的水溶液呈碱性，遇石蕊变蓝FeCl3溶液红褐色产生了红褐色的Fe(OH)3沉淀

4

CO2酚酞NaOH溶液透明CO2与NaOH产生Na2CO3，使酚酞褪色紫色石蕊试液红色CO2的水溶液呈酸性，遇石蕊试液变红澄清石灰水白色产生了白色碳酸钙沉淀1、制取氨气并完成喷泉实验（图中夹持装置均已略去）。（1）写出实验室制取氨气的化学方程式：。（2）收集氨气应使用法，要得到干燥的氨气可选用做干燥剂。（3）用图1装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是。该实验的原理是。（4）如果只提供如图2的装置，请说明引发喷泉的方法。2、用下面两种方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含Fe3＋的FeSO4溶液与用不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备。（1）用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需加入。（2）除去蒸馏水中溶解的O2常采用的方法。（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是。方法二：在如图装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀H2SO4等试剂制备。（1）在试管Ⅰ里加入的试剂是。（2）在试管Ⅱ里加入的试剂是。（3）为了制得白色Fe(OH)2沉淀，在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂，打开止水夹，塞紧塞子后的实验步骤是。（4）这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时间保持白色，其理由是。3、4、在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品，用上图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。（1）A是制取CO4、在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂。请选用适当的化学试剂和实验用品，用上图中的实验装置进行实验，证明过氧化钠可作供氧剂。（1）A是制取CO2的装置。写出A中发生反应的化学方程式：。（2）填写表中空格：（请在答题卡上填写）仪器加入试剂加入该试剂的目的B饱和NaHCO3溶液CD（3）写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式：。（4）试管F中收集满气体后，下一步实验操作是：①该电解槽的阳极反应式是________________________________________________。②通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③除去杂质后的氢氧化钾溶液从溶液出口_________________(填写“A”或“B”)导出。5、资料显示：“氨气可在纯氧中安静燃烧……”。某校化学小组学生设计如下装置（图中铁夹等夹持装置已略去）进行氨气与氧气在不同条件下反应的实验。 （1）用装置A制取纯净、干燥的氨气，大试管内碳酸盐的化学式是；碱石灰的作用是。（2）将产生的氨气与过量的氧气通到装置B（催化剂为铂石棉）中，用酒精喷灯加热： ①氨催化氧化的化学方程式是；试管内气体变为红棕色，该反应的化学方程式是；②停止反应后，立即关闭B中两个活塞。一段时间后，将试管浸入冰水中，试管内气体颜色变浅，请结合化学方程式说明原因 （3）将过量的氧气与A产生的氨气分别从a、b两管进气口通入到装置C中，并在b管上端点燃氨气：①两气体通入的先后顺是。其理由是②氨气燃烧的化学方程式是。6、可用图示装置制取少量乙酸乙酯（酒精灯等在图中均已略去）。请填空：（1）试管a中需加入浓硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正确的加入顺序及操作是（2）为防止a中的液体在实验时发生暴沸，在加热前应采取的措施是（3）实验中加热试管的目的是：①②（4）试管b中加有饱和Na2CO3溶液，其作用是（5）反应结束后，振荡试管b静置，观察到的现象是1、答案：Ⅱ．（20分）（1）2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O（2）向下排空气碱石灰（3）打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。氨气极易溶解于水，致使烧瓶内气体压强迅速减小。（4）打开夹子，用手（或热毛巾等）将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。2、方法一（1）稀H2SO4铁屑（2）煮沸（3）避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2方法二（1）稀H2SO4铁屑（2）NaOH溶液（3）检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度。当排出的H2纯净时，再夹紧止水夹。（4）试管Ⅰ中反应生成的H2充满了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不容易进入。3、答案：（1）样品重，砝码轻

（2）防止空气中的CO2和水气进入U型管中

（3）偏高

（4）把反应产生的CO2全部导入U型管中

（5）判断反应产生的CO2是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收

（6）4、答案：（1）CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑ （3分）（2）仪器加入试剂加入该试剂的目的B（饱和NaHCO3溶液）除去CO2气体中混入的HClC过氧化钠与CO2和水气反应，产生O2DNaOH溶液吸收未反应的CO2气体（3）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 （4）把E中的导管移出水面，关闭分液漏斗活塞，用姆指堵住试管口，取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气。5、答案：（1）①(NH4)2CO3[或NH4HCO3]②吸收水和二氧化碳②2NO2(g)N2O4(g)＋热量，降低温度使平衡正向移动，部分红棕色NO2转化为无色N2O4。（3）①先通入O2，后通入NH3。若先通氨气，氨在空气中不能点燃，逸出造成污染。②4NH3＋3O22N2＋6H2O6、答案：(1)先加入乙醇，然后边摇动试管边慢慢加入浓硫酸，再加冰醋酸（3分）（如在试管a中最先加入浓硫酸，此题得0分）(2)在试管a中加入几粒沸石（或碎瓷片）（2分）(3)①加快反应速率②及时将产物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移动（