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  渴c9srn5 2010-02-18 00:00:00

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  彡心葬丶 2010-02-18 00:00:00

  噴泉實(shí)驗(yàn) 噴泉實(shí)驗(yàn)的基本原理是：氣體在液體中溶解度很大，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生足夠的壓強(qiáng)差（負(fù)壓），則打開(kāi)活塞后，大氣壓將燒杯內(nèi)的液體壓入燒瓶中，在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們想起影響氣壓的幾個(gè)因素。根據(jù)克拉伯龍方程：PV=nRT，推出P=(nRT)/V (R為常數(shù))。要使P變小，可改變n、T、V中的一個(gè)變量。所以減小氣壓的方法有三種：①減少氣體的物質(zhì)的量(n)；②降低氣體的溫度(T)；③增大氣體的體積(V)。減少氣體的物質(zhì)的量有兩種方法：物理方法與化學(xué)方法。物理方法可把氣體抽走或物理溶解，化學(xué)方法可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)溶解；降低氣體的溫度，我們可以采用冷水澆注或用濕毛巾放于瓶底，也可以把裝置轉(zhuǎn)移入較低溫的環(huán)境；而增大氣體的體積，可以采取，升高溫度（如：用熱水澆注或熱毛巾放于瓶底）或改變?nèi)萜鞯捏w積的方法。 對(duì)于用化學(xué)方法來(lái)減少氣體的物質(zhì)的量的方法又和氣體的溶解度、吸收液的種類(lèi)有關(guān)。①氣體溶解性大小會(huì)對(duì)噴泉的形成產(chǎn)生影響。如，易溶于水的氣體、在水中溶解度不大的氣體、難溶于水的氣體；由于它們?cè)谒械娜芙舛炔灰粯?，從而就使得壓?qiáng)的減少不一樣，是噴泉能否產(chǎn)生以及噴泉大小的關(guān)鍵。②吸收液的種類(lèi)也會(huì)對(duì)噴泉的形成產(chǎn)生影響，不同的吸收液，與氣體之間能否反應(yīng)、氣體在其中溶解度的大小，都決定了噴泉實(shí)驗(yàn)的成敗。 通過(guò)分析噴泉實(shí)驗(yàn)的原理和條件，我們總結(jié)出了噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是：①盛氣體的燒瓶必須干燥，否則甁中有液體，會(huì)使瓶口留下空氣，形成的噴泉壓力不大（噴泉“無(wú)力”）；②氣體要充滿燒瓶；③燒瓶不能漏氣（實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性）；④所用氣體能大量溶于所用液體或氣體與液體快速反應(yīng)。 1.噴泉的計(jì)算 根據(jù)充入燒瓶中液體的體積可以計(jì)算燒瓶?jī)?nèi)所盛氣體的純度或平均式量。 2.噴泉的設(shè)計(jì) 關(guān)鍵是如何使燒瓶?jī)?nèi)的氣體大量地減少。 制作方法：取一玻璃瓶，瓶口塞入一打孔膠塞。塞孔中插入一尖嘴玻璃管，外端套一膠管。 使用方法：用注射器從瓶?jī)?nèi)抽氣若干次，然后用彈簧夾夾緊膠管。將玻璃瓶倒置于水槽中。去掉彈簧夾，則見(jiàn)有水經(jīng)膠管從玻璃管尖嘴噴出，形成噴泉。 噴泉實(shí)驗(yàn)是一個(gè)富有探索意義的實(shí)驗(yàn)，在高中化學(xué)教學(xué)中具有重要的地位。實(shí)驗(yàn)的基本原理是使燒瓶?jī)?nèi)外在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)差，利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶?jī)?nèi)，在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉（如圖1）。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)的要求是：①裝置氣密性良好；②所用氣體能大量溶于所用液體或氣體與液體快速反應(yīng)。能進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)通常有以下幾組： 氣體（a） 液體（b） 液體（c） 3.形成噴泉的組合 (1)UTP（常溫常壓下），NH3、HCl、SO2、NO2 與水組合能形成噴泉。 (2)酸性氣體與NaOH(aq)組合能形成噴泉，例如CO2與NaOH，SO2與NaOH等。 (3)有機(jī)氣體與有機(jī)溶劑組合也能形成噴泉。 (4)O2、N2、H2 等不溶于水的氣體，設(shè)計(jì)一定實(shí)驗(yàn)條件將其反應(yīng)掉，也能形成噴泉。 1.NH3 水 水 NH3溶解度為1：700 2.HCl 水 水 HCl溶解度為1：500 3.NO2 水 水 3NO2+H2O=2HNO3+NO（不能充滿） 4.SO2 水 水 SO2+H2O←=→H2SO3 5.CO2 NaOH溶液 NaOH溶液 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 6.SO2 NaOH溶液 NaOH溶液 2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O 7.Cl2 NaOH溶液 NaOH溶液 2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O 注意：雖然NO2與SO2在水中溶解度較小，但只要滴管中的水加多即可，就是讓相同體積的氣體溶與更多水中，從而使燒瓶 內(nèi)外形成氣壓差，從而形成噴泉。 噴泉實(shí)驗(yàn)?zāi)苄蜗蟮卣f(shuō)明某些氣體極易溶于水（或特定溶液）。根據(jù)其原理進(jìn)行拓展還可以探討噴泉實(shí)驗(yàn)的多種應(yīng)用。 一、根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置和條件拓展 例如，2002年全國(guó)理綜試題第29題給出如圖2所示的裝置，要求說(shuō)明引發(fā)噴泉的方法。 通過(guò)分析產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象的原理，不難發(fā)現(xiàn)。只要打開(kāi)止水夾，用手（或熱毛巾等）將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸后迅速溶解，使燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。就能發(fā)生噴泉。 二、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題拓展 例如，某同學(xué)用HCl氣體做噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)，噴入燒瓶?jī)?nèi)的水不足燒瓶容積的1/3，其原因不可能是（ ）。 （A）燒瓶潮濕 （B）裝置氣密性不好 （C）水里沒(méi)有加石蕊試液 （D）燒瓶?jī)?nèi)未集滿HCl 噴泉實(shí)驗(yàn)失敗的原因很多，要弄清本質(zhì)進(jìn)行大膽假設(shè)。很明顯（A）（B）（D）都能使噴入燒瓶?jī)?nèi)的水不足燒瓶容積的1/3，所以答案為（C）。 三、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的現(xiàn)象拓展 如圖3所示，甲學(xué)生在燒瓶中充滿O2，并在反匙燃燒匙中加入一種白色固體物質(zhì)，欲做O2的噴泉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始，用凸透鏡將日光聚焦于反匙燃燒匙中的固體，燃燒匙內(nèi)出現(xiàn)一陣火光和白煙。等一會(huì)兒，打開(kāi)橡皮管上的止水夾?？吹接忻利惖膰娙l(fā)生。請(qǐng)問(wèn)他在反匙燃燒匙中加入了什么物質(zhì)? 綜合分析上述實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的現(xiàn)象，結(jié)合噴泉實(shí)驗(yàn)的原理，我們會(huì)很容易想到反匙燃燒匙中加入的物質(zhì)是白磷。白磷與燒瓶?jī)?nèi)的O2反應(yīng)生成P2O5固體，使燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。打開(kāi)止水夾后燒杯中的水被壓入燒瓶?jī)?nèi)形成噴泉。 四、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的生成物拓展 噴泉實(shí)驗(yàn)是不是只能?chē)娨后w，能不能?chē)姵鰟e的什么物質(zhì)呢？ 如圖4裝置，實(shí)驗(yàn)前a、b、c活塞均關(guān)閉。若要在該裝置中產(chǎn)生噴煙現(xiàn)象，該怎樣操作？若想在該裝置中產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象，該怎樣操作？ 分析：擠壓膠頭滴管，滴管中的水溶解右瓶中的部分NH3使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。打開(kāi)活塞a、b，左瓶中的HCl進(jìn)入右瓶生成NH4Cl固體而產(chǎn)生噴煙現(xiàn)象。若此時(shí)打開(kāi)活塞c，則燒杯內(nèi)的水會(huì)壓向左右兩個(gè)燒瓶，在左瓶中產(chǎn)生紅色噴泉，在右瓶中產(chǎn)生藍(lán)色噴泉。 五、根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)物拓展 是不是只有無(wú)機(jī)物氣體才能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象呢？ 把充滿乙烯的圓底燒瓶用帶有尖嘴導(dǎo)管的橡皮塞塞緊，按圖5安裝好儀器。 松開(kāi)彈簧夾A，通過(guò)導(dǎo)管C向盛溴水的錐形瓶中鼓入空氣，使約10 mL溴水壓入燒瓶，再把彈簧夾A夾緊。振蕩燒瓶，溴水很快褪色，有油狀物生成，燒瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓。松開(kāi)彈簧夾A，溴水自動(dòng)噴入。噴入約10 mL溴水后，再把彈簧夾A夾緊，振蕩燒瓶，溴水又很快褪色。如此重復(fù)操作幾次。當(dāng)噴入的溴水顏色不能完全褪盡時(shí)，說(shuō)明燒瓶中的氣體已經(jīng)完全反應(yīng)。松開(kāi)彈簧夾B，讓蒸餾水噴入燒瓶也可形成噴泉。只要反應(yīng)完全，液體幾乎可充滿整個(gè)燒瓶。 六、關(guān)于生成物濃度的計(jì)算拓展 例如，同溫同壓下兩個(gè)等體積的干燥燒瓶中分別 充滿①NH3 ②NO2，進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)，經(jīng)充分反應(yīng)后燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為 （ ） （A）①＜② （B）①＞② （C）①＝② （D）無(wú)法確定 分析：①設(shè)燒瓶的體積為V L，則充滿NH3后氣體的物質(zhì)的量為mol。發(fā)生噴泉現(xiàn)象后，燒瓶將充滿溶有NH3的溶液，即溶液的體積為V L，所以燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為mol/L。 ②設(shè)燒瓶的體積為V L，則充滿NO2后氣體的物質(zhì)的量為 mol。發(fā)生如下反應(yīng)：3NO2+2H2O=2HNO3+NO，反應(yīng)后生成HNO3的物質(zhì)的量為 mol。由于剩余L氣體，所以燒瓶中溶液的體積為L(zhǎng)，因此燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度也為mol/L。所以答案選（C）。 七、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理反向思維拓展 通常的噴泉實(shí)驗(yàn)是設(shè)法減小燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)形成負(fù)壓，使液體噴入燒瓶。能不能增大外面的壓強(qiáng)將液體壓入燒瓶呢？請(qǐng)看以下兩個(gè)例子。 ①如圖6裝置，在錐形瓶中加入足量的下列物質(zhì)，能產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象的是（ ） （A）碳酸鈉和稀鹽酸 （B）氫氧化鈉和稀鹽酸 （C）銅和稀硫酸 （D）硫酸銅和氫氧化鈉溶液 分析：碳酸鈉和鹽酸反應(yīng)能產(chǎn)生大量的CO2氣體使錐形瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)增大，從而將反應(yīng)混合物壓入燒瓶。也能形成噴泉。所以答案選（A）。 ②如圖7裝置，在錐形瓶外放一個(gè)水槽，瓶中加入酒精，水槽中加入冰水后，再加入足量的下列物質(zhì)，產(chǎn)生了噴泉，問(wèn)水槽中加入的物質(zhì)可以是（ ） （A）濃硫酸 （B）食鹽 （C）硝酸鉀 （D）硫酸銅 分析：濃硫酸溶于水放熱，可使錐形瓶?jī)?nèi)的酒精部分氣化而使錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大，將酒精壓入燒瓶形成噴泉。答案為（A）。 因此，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或某些物理方法使燒瓶外面的壓強(qiáng)大于燒瓶里面的壓強(qiáng)也能形成噴泉。 以上兩例的原理實(shí)際上就是人造噴泉和火山爆發(fā)的原理。 八、噴泉原理的遷移拓展 如圖8所示，錐形瓶?jī)?nèi)盛有氣體X，滴管內(nèi)盛有液體Y。若擠壓滴管膠頭，使液體Y滴入錐形瓶中，振蕩，過(guò)一會(huì)兒，可見(jiàn)小氣球a鼓脹起來(lái)。氣體X和液體Y不可能是（ ） X Y A NH3 H2O B SO2 NaOH溶液 C CO2 6mol/L H2SO4溶液 D HCl 6mol/L Na2SO4溶液 分析：當(dāng)?shù)稳氲囊后wY將錐形瓶中的氣體X溶解或發(fā)生反應(yīng)后，使錐形瓶中的壓強(qiáng)減小，大氣壓通過(guò)導(dǎo)管將空氣壓入小氣球a使它鼓脹起來(lái)。因此，不符合條件的只有（C）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然沒(méi)有產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象，但它的原理跟噴泉實(shí)驗(yàn)原理是相同的。

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