[教学论文]喷泉实验的探究.doc

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如图1所示,取透明水槽一个,20cm长玻璃直角导管一根实验时,将玻璃直角导管较长一端浸入水中,用洗耳球吸去导管中空气使导管充满水,马上用手搓动直导管部分,使它做圆周运动,由于离心作用,水被甩出,玻璃导管的c段呈真空,水不断得到补充,从导管口可以看到源源不断的水喷洒出来形成环状喷泉利用液压差如图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=gs+gh+p,接水槽液面的压强也应满足p0=gH+gs+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hP瓶内气压,便在烧瓶中看到喷泉现象23、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）24、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25、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26、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11、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12、气体扩散法如图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：1/2=（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为什么氯化氢气体和氨气不形成连续喷泉而形成间歇性喷泉呢?其主要原因是(1)反应放热量较大;(2)烧瓶中气体及生成物的热容量较小当少量氯化氢气体进入烧瓶时,与氨发生反应:NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s),由于反应后生成固体产物,烧瓶中的气体量减小,导致压力降低同时,进入烧瓶中的氯化氢与氨发生反应放热使烧瓶内氨气温度升高导致压强增大这是矛盾的两个方面反应放热量较大,氨气吸热温度升高,导致烧瓶内压强增大当烧瓶内的压强大于大气压时,氯化氢气体不能进入烧瓶,喷泉停止由于烧瓶向环境散热,烧瓶内的温度和压强随着热量的散失而降低当烧瓶内的压强小于大气压时,氯化氢气体重新进入烧瓶,形成再一次喷发这样不断循环就形成了间歇性喷泉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：1杜海彦NH3的喷泉实验的创新化学教学（9）2.黄宗海氨气喷泉实验的改进教学研究（8）3朱江海气压与喷泉实验的综合设计技术物理教学（1）4张明全陈玉玲喷泉实验的改进化学教学参考（12） 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如图1所示,取透明水槽一个,20cm长玻璃直角导管一根实验时,将玻璃直角导管较长一端浸入水中,用洗耳球吸去导管中空气使导管充满水,马上用手搓动直导管部分,使它做圆周运动,由于离心作用,水被甩出,玻璃导管的c段呈真空,水不断得到补充,从导管口可以看到源源不断的水喷洒出来形成环状喷泉利用液压差如图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=gs+gh+p,接水槽液面的压强也应满足p0=gH+gs+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hP瓶内气压,便在烧瓶中看到喷泉现象23、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）24、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25、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26、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11、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12、气体扩散法如图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：1/2=（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为什么氯化氢气体和氨气不形成连续喷泉而形成间歇性喷泉呢?其主要原因是(1)反应放热量较大;(2)烧瓶中气体及生成物的热容量较小当少量氯化氢气体进入烧瓶时,与氨发生反应:NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s),由于反应后生成固体产物,烧瓶中的气体量减小,导致压力降低同时,进入烧瓶中的氯化氢与氨发生反应放热使烧瓶内氨气温度升高导致压强增大这是矛盾的两个方面反应放热量较大,氨气吸热温度升高,导致烧瓶内