[教學(xué)論文]噴泉實(shí)驗(yàn)的探究

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1、[教學(xué)論文]噴泉實(shí)驗(yàn)的探究 噴泉實(shí)驗(yàn)的探究 摘要：噴泉實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)最典型的實(shí)驗(yàn)之一,顏色壯觀,效果明顯,趣味性強(qiáng)。是體現(xiàn)眾多知識(shí)和能力的交匯點(diǎn)，也是高考的熱點(diǎn)之一。研究噴泉實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝芎玫嘏囵B(yǎng)學(xué)生觀察、記憶、分析、創(chuàng)新能力。本文旨在通過(guò)對(duì)“噴泉”實(shí)驗(yàn)的多方位、多層次的剖析，達(dá)到強(qiáng)化基礎(chǔ)，寓教于樂(lè),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。 關(guān)鍵詞：吸入式噴泉、壓出式噴泉、特殊的噴泉 噴泉是一種宏觀的液體噴涌現(xiàn)象,形成噴泉的關(guān)鍵是形成內(nèi)外壓強(qiáng)差。具體來(lái)說(shuō)，有兩種常見(jiàn)類型：“吸入式噴泉”和“壓出式噴泉” 一、“吸入式噴泉” 裝置上方容器密

2、閉，下方是開(kāi)放的。是通過(guò)迅速減小上方容器中氣體壓強(qiáng)，形成壓強(qiáng)差P下>P上，產(chǎn)生噴泉。 用物理方法形成壓強(qiáng)差。 利用離心力。 如圖1所示,取透明水槽一個(gè),20cm長(zhǎng)玻璃直角導(dǎo)管一根。實(shí)驗(yàn)時(shí),將玻璃直角導(dǎo)管較長(zhǎng)一端浸入水中,用洗耳球吸去導(dǎo)管中空氣使導(dǎo)管充滿水,馬上用手搓動(dòng)直導(dǎo)管部分,使它做圓周運(yùn)動(dòng),由于離心作用,水被甩出,玻璃導(dǎo)管的c段呈真空,水不斷得到補(bǔ)充,從導(dǎo)管口可以看到源源不斷的水噴灑出來(lái)形成環(huán)狀噴泉。 利用液壓差。 如圖2所示，當(dāng)水沿出水管流出時(shí),封閉的玻璃管中空氣的體積增大,壓強(qiáng)減小,使管外大氣壓強(qiáng)大于管中空氣的壓強(qiáng),所以水能從噴嘴噴出。噴射的水柱高度由儲(chǔ)水槽到接水槽水平面的高

3、度差來(lái)決定。 水柱噴射高度的計(jì)算方法如下:設(shè)空氣壓強(qiáng)為p0,玻璃噴管中的空氣壓強(qiáng)為p,接水槽到儲(chǔ)水槽的高度差為H,儲(chǔ)水槽液面到玻璃管中液面的高度差為s,噴射水柱高度為h.則儲(chǔ)水槽液面的壓強(qiáng)應(yīng)滿足 p0=ρgs+ρgh+p, 接水槽液面的壓強(qiáng)也應(yīng)滿足 p0=ρgH+ρgs+p。 由以上兩式可得H=h,即水柱高度等于出水口到進(jìn)水口的高度差,由于水與管之間有阻力,因而實(shí)際上hP瓶?jī)?nèi)氣壓,便在燒瓶中看到噴泉現(xiàn)象。 2．3、冷敷法。 如圖2所示。用冰水中浸過(guò)的毛巾冷卻燒瓶中的氣體,由于熱脹冷縮,P外界大氣壓>P瓶?jī)?nèi)氣壓,導(dǎo)管中的液體壓入瓶中,不久便在燒瓶中看到噴泉現(xiàn)象。（注：熱捂與冷敷最好

4、根據(jù)氣溫而定,一般氣溫較高時(shí)用冷敷效果較好,氣溫較低時(shí)用熱捂效果較好。） 2．4、活性炭吸附法。 由于許多氣體都可以被活性炭吸附，在上述圖2實(shí)驗(yàn)裝置中增加一個(gè)盛有活性炭的圓管（如圖5所示）。先將一帶有導(dǎo)管和短玻璃管(盛有活性炭)的橡皮塞塞緊集滿氣體的圓底燒瓶，翻轉(zhuǎn)燒瓶使活性炭滑入燒瓶中，振蕩使氣體充分被吸附后，把導(dǎo)管下面的橡皮塞插人溶液中，打開(kāi)止水夾。 2．5、擠壓法。 如圖6所示。采用擠壓塑料瓶的辦法,使少量氣體溶于水,放開(kāi)后,由于P外界大氣壓>P瓶?jī)?nèi)氣壓,導(dǎo)管中的溶液壓入燒瓶中,不久便在燒瓶中看到噴泉現(xiàn)象。 2．6、化學(xué)反應(yīng)法。（雙噴泉實(shí)驗(yàn)） 如圖7所示。一個(gè)燒瓶?jī)?nèi)充滿氨氣，另

5、一個(gè)燒瓶?jī)?nèi)充滿氯化氫，兩氣體均易溶于水。先打開(kāi)止水夾a，讓兩氣體充分反應(yīng)，再打開(kāi)止水夾b、c。不久便在兩燒瓶中看到噴泉現(xiàn)象。（說(shuō)明：兩氣體常溫下反應(yīng),產(chǎn)物是固體或液體,總體積減小,氣壓降低,適應(yīng)此裝置。） 二、“壓出式噴泉” 裝置下方容器密閉，上方是開(kāi)放的。是通過(guò)迅速增大下方容器中氣體壓強(qiáng)，形成壓強(qiáng)差P下>P上，產(chǎn)生噴泉。 給下方密閉容器加壓的方式有兩種。一種是直接加壓，另一種是迅速反應(yīng)產(chǎn)生氣體或液體易揮發(fā)產(chǎn)生氣體。 用物理方法形成壓強(qiáng)差。 1．1、加熱液體揮發(fā)法。 如圖8所示。在錐形瓶中加人易揮發(fā)產(chǎn)生氣體的液體，并使錐形瓶受熱。例如：向錐形瓶中加人乙醇或苯或汽油等，向水槽的水中加

6、人濃H2S04；或直接熱水浴。 1．2、氣體擴(kuò)散法。 如圖9所示。A為能容許氣體通過(guò)的特制的素?zé)赏?也可用內(nèi)刺多個(gè)小孔、外包光滑玻璃紙的塑料瓶代替)。實(shí)驗(yàn)時(shí),向燒杯中持續(xù)通入氫氣,因氣體的擴(kuò)散速率與相對(duì)分子質(zhì)量有關(guān)：υ1/υ2=（M2/M1）1/2,H2進(jìn)入A的擴(kuò)散速率比空氣從A逸出的速率大,導(dǎo)致A內(nèi)壓強(qiáng)增大,從而在B處產(chǎn)生噴泉。 2、用化學(xué)方法形成壓強(qiáng)差。 如圖10所示。向錐形瓶中放人能迅速反應(yīng)產(chǎn)生氣體的物質(zhì)，然后迅速密封.如加人碳酸氫按固體與鹽酸、過(guò)氧化鈉粉末與水等。 例如：利用鈉跟水的反應(yīng)做噴泉實(shí)驗(yàn) ①如圖11連接好裝置,廣口瓶中加水至與橡皮塞接觸處,滴入幾滴酚酞試液,橡皮

7、塞上固定一根拉直的回形針,針上扎入比黃豆粒略大的金屬鈉。 ②迅速塞上橡皮塞,可看到鈉跟水劇烈反應(yīng),熔化成光亮的小球,在水面四處游動(dòng),可樂(lè)瓶中形成紅色噴泉。發(fā)生反應(yīng):2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,酚酞遇NaOH溶液變紅。 ③拔出導(dǎo)管b,可樂(lè)瓶中水面回落,廣口瓶中水面上升。打開(kāi)止水夾a,立即在導(dǎo)管口處點(diǎn)燃,可看到淡藍(lán)色火焰。證明生成氣體是H2。 說(shuō)明：此實(shí)驗(yàn)既能觀察到鈉與水反應(yīng)的現(xiàn)象及美麗的噴泉,又能證明生成的產(chǎn)物是NaOH和H2。 三、特殊的噴泉——“噴煙”實(shí)驗(yàn) 上面敘述噴泉實(shí)驗(yàn)都是液體噴涌現(xiàn)象，是真的噴泉。據(jù)此，我們還可以知識(shí)遷移到煙的涌動(dòng)，現(xiàn)象和原理與噴泉很相象。 例如：

8、如圖12所示。氯化氫氣體與氨氣反應(yīng)可形成“白煙”,這是演示氣體擴(kuò)散的典型實(shí)驗(yàn).“白煙”是氯化銨固體.由于固體的體積遠(yuǎn)小于氣體的體積,所以氯化氫氣體與氨氣反應(yīng)形成“白煙”后,氣體體積顯著減少.可以想象,在氨和水的“噴泉”實(shí)驗(yàn)中,如果我們用氯化氫氣體代替水進(jìn)行實(shí)驗(yàn),同樣可形成“噴泉”,只是這種“噴泉”噴出的不是水,而是“白煙”(氯化銨固體)而已。 當(dāng)我們進(jìn)行這種“白煙噴泉”實(shí)驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇特的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,“白煙噴泉”是一種“間歇性噴泉”,與火山口的噴發(fā)類似,只是時(shí)間間隔非常短。 為什么氯化氫氣體和氨氣不形成連續(xù)噴泉而形成間歇性噴泉呢?其主要原因是(1)反應(yīng)放熱量較大;(2)燒瓶中氣體及生成物的

9、熱容量較小。當(dāng)少量氯化氫氣體進(jìn)入燒瓶時(shí),與氨發(fā)生反應(yīng):NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s),由于反應(yīng)后生成固體產(chǎn)物,燒瓶中的氣體量減小,導(dǎo)致壓力降低。同時(shí),進(jìn)入燒瓶中的氯化氫與氨發(fā)生反應(yīng)放熱使燒瓶?jī)?nèi)氨氣溫度升高導(dǎo)致壓強(qiáng)增大。這是矛盾的兩個(gè)方面。反應(yīng)放熱量較大,氨氣吸熱溫度升高,導(dǎo)致燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大。當(dāng)燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)大于大氣壓時(shí),氯化氫氣體不能進(jìn)入燒瓶,噴泉停止。由于燒瓶向環(huán)境散熱,燒瓶?jī)?nèi)的溫度和壓強(qiáng)隨著熱量的散失而降低。當(dāng)燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)小于大氣壓時(shí),氯化氫氣體重新進(jìn)入燒瓶,形成再一次噴發(fā)。這樣不斷循環(huán)就形成了間歇性噴泉。 氯化氫氣體與氨氣反應(yīng)形成的“白煙噴泉”，除此之外H2S氣體和SO2氣體反應(yīng)也可以形成“噴煙”實(shí)驗(yàn)。 參考文獻(xiàn)： 1．杜海彥，NH3 的噴泉實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，化學(xué)教學(xué) ，2007（9） 2. 黃宗海，氨氣噴泉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，教學(xué)研究，2008（8） 3．朱江海，氣壓與噴泉實(shí)驗(yàn)的綜合設(shè)計(jì)，技術(shù)物理教學(xué)，2004（1） 4．張明全，陳玉玲，噴泉實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，化學(xué)教學(xué)參考，2007（12）