[教学论文]喷泉实验的探究

喷泉实验的探究

摘要：喷泉实验是中学化学最典型的实验之一,颜色壮观,效果明显,趣味性强。是体现众多知识和能力的交汇点，也是高考的热点之一。研究喷泉实验能够很好地培养学生观察、记忆、分析、创新能力。本文旨在通过对“喷泉”实验的多方位、多层次的剖析，达到强化基础，寓教于乐,激发学生学习兴趣、培养学生创新精神。

关键词：吸入式喷泉、压出式喷泉、特殊的喷泉

喷泉是一种宏观的液体喷涌现象,形成喷泉的关键是形成内外压强差。具体来说，有两种常见类型：“吸入式喷泉”和“压出式喷泉”

一、“吸入式喷泉”

装置上方容器密闭，下方是开放的。是通过迅速减小上方容器中气体压强，形成压强差P下>P上，产生喷泉。

用物理方法形成压强差。

利用离心力。利用液压差。

如图2所示，当水沿出水管流出时,封闭的玻璃管中空气的体积增大,压强减小,使管外大气压强大于管中空气的压强,所以水能从喷嘴喷出。喷射的水柱高度由储水槽到接水槽水平面的高度差来决定。

水柱喷射高度的计算方法如下:设空气压强为p0,玻璃喷管中的空气压强为p,接水槽到储水槽的高度差为H,储水槽液面到玻璃管中液面的高度差为s,喷射水柱高度为h.则储水槽液面的压强应满足

p0=ρgs+ρgh+p,

接水槽液面的压强也应满足

p0=ρgH+ρgs+p。

由以上两式可得H=h,即水柱高度等于出水口到进水口的高度差,由于水与管之间有阻力,因而实际上h<H。该实验不仅说明了大气压的存在,同时也是利用大气压的一个很有趣的实验。

2、用化学方法形成压强差。 引发喷泉的方式有以下几种：

2．

1、溶解法。

如图3所示。胶头滴管充满液体，烧瓶中气体极易溶于液体或发生化学反应被吸收。只要挤压一下胶头滴管，实验开始。

2．

2、热捂法。

如图4所示。用热毛巾加热烧瓶中的气体,由于热胀冷缩, 一部分气体膨胀溶于下面液体,移开热毛巾冷却,由于P外界大气压>P瓶内气压,便在烧瓶中看到喷泉现象。

2．

3、冷敷法。

如图2所示。用冰水中浸过的毛巾冷却烧瓶中的气体,由于热胀冷缩,P外界大气压>P瓶内气压,导管中的液体压入瓶中,不久便在烧瓶中看到喷泉现象。（注：热捂与冷敷最好根据气温而定,一般气温较高时用冷敷效果较好,气温较低时用热捂效果较好。）

2．

4、活性炭吸附法。

由于许多气体都可以被活性炭吸附，在上述图2实验装置中增加一个盛有活性炭的圆管（如图5所示）。先将一带有导管和短玻璃管(盛有活性炭)的橡皮塞塞紧集满气体的圆底烧瓶，翻转烧瓶使活性炭滑入烧瓶中，振荡使气体充分被吸附后，把导管下面的橡皮塞插人溶液中，打开止水夹。

2．

5、挤压法。

如图6所示。采用挤压塑料瓶的办法,使少量气体溶于水,放开后,由于P外界大气压>P瓶内气压,导管中的溶液压入烧瓶中,不久便在烧瓶中看到喷泉现象。

2．

6、化学反应法。（双喷泉实验）

如图7所示。一个烧瓶内充满氨气，另一个烧瓶内充满氯化氢，两气体均易溶于水。先打开止水夹a，让两气体充分反应，再打开止水夹b、c。不久便在两烧瓶中看到喷泉现象。（说明：两气体常温下反应,产物是固体或液体,总体积减小,气压降低,适应此装置。）

二、“压出式喷泉”

装置下方容器密闭，上方是开放的。是通过迅速增大下方容器中气体压强，形成压强差P下>P上，产生喷泉。

给下方密闭容器加压的方式有两种。一种是直接加压，另一种是迅速反应产生气体或液体易挥发产生气体。

用物理方法形成压强差。

1．

1、加热液体挥发法。

如图8所示。在锥形瓶中加人易挥发产生气体的液体，并使锥形瓶受热。例如：向锥形瓶中加人乙醇或苯或汽油等，向水槽的水中加人浓H2S04；或直接热水浴。 如图9所示。A为能容许气体通过的特制的素烧瓷筒(也可用内刺多个小孔、外包光滑玻璃纸的塑料瓶代替)。实验时,向烧杯中持续通入氢气,因气体的扩散速率与相对分子质量有关：υ1/υ2=（M2/M1）1/2,H2进入A的扩散速率比空气从A逸出的速率大,导致A内压强增大,从而在B处产生喷泉。

2、用化学方法形成压强差。

如图10所示。向锥形瓶中放人能迅速反应产生气体的物质，然后迅速密封.如加人碳酸氢按固体与盐酸、过氧化钠粉末与水等。

例如：利用钠跟水的反应做喷泉实验

①如图11连接好装置,广口瓶中加水至与橡皮塞接触处,滴入几滴酚酞试液,橡皮塞上固定一根拉直的回形针,针上扎入比黄豆粒略大的金属钠。

②迅速塞上橡皮塞,可看到钠跟水剧烈反应,熔化成光亮的小球,在水面四处游动,可乐瓶中形成红色喷泉。发生反应:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,酚酞遇NaOH溶液变红。

③拔出导管b,可乐瓶中水面回落,广口瓶中水面上升。打开止水夹a,立即在导管口处点燃,可看到淡蓝色火焰。证明生成气体是H2。

说明：此实验既能观察到钠与水反应的现象及美丽的喷泉,又能证明生成的产物是NaOH和H2。

三、特殊的喷泉——“喷烟”实验

上面叙述喷泉实验都是液体喷涌现象，是真的喷泉。据此，我们还可以知识迁移到烟的涌动，现象和原理与喷泉很相象。

例如：如图12所示。氯化氢气体与氨气反应可形成“白烟”,这是演示气体扩散的典型实验.“白烟”是氯化铵固体.由于固体的体积远小于气体的体积,所以氯化氢气体与氨气反应形成“白烟”后,气体体积显著减少.可以想象,在氨和水的“喷泉”实验中,如果我们用氯化氢气体代替水进行实验,同样可形成“喷泉”,只是这种“喷泉”喷出的不是水,而是“白烟”(氯化铵固体)而已。

当我们进行这种“白烟喷泉”实验时,发现一个奇特的实验现象,“白烟喷泉”是一种“间歇性喷泉”,与火山口的喷发类似,只是时间间隔非常短。 氯化氢气体与氨气反应形成的“白烟喷泉”，除此之外H2S气体和SO2气体反应也可以形成“喷烟”实验。

参考文献：2. 黄宗海，氨气喷泉实验的改进，教学研究，2008

（8）

3．朱江海，气压与喷泉实验的综合设计，技术物理教学，2004

（1）

4．张明全，陈玉玲，喷泉实验的改进，化学教学参考，2007

（12）