高中化学实验——喷泉实验

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·H2O H2O+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
1 HCl
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
2 Cl2KSCN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
3 NH3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。