二氧化碳溶于氫氧化鈉溶液的噴泉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

許加海

摘要：根據(jù)氨的噴泉實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，探究設(shè)計(jì)二氧化碳與氫氧化鈉的噴泉實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。

關(guān)鍵詞：噴泉實(shí)驗(yàn)拓展；二氧化碳與氫氧化鈉；趣味性實(shí)驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）10-243-01

噴泉實(shí)驗(yàn)是高一化學(xué)中的一個(gè)趣味性實(shí)驗(yàn)，也是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的地位舉足輕重，富有探究意義。對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的研究不僅有助于學(xué)生掌握多種氣體的性質(zhì)和反應(yīng),其原理的拓展和遷移還可以應(yīng)用于有關(guān)裝置的氣密性檢查、裝置中液體的倒吸、排水集氣和排水量氣等實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。設(shè)計(jì)噴泉實(shí)驗(yàn)之前必須了解噴泉實(shí)驗(yàn)的原理：通過(guò)物理學(xué)中的壓強(qiáng)改變（主要是減少）使液體通過(guò)大氣壓強(qiáng)進(jìn)入容器中形成的現(xiàn)象。

噴泉實(shí)驗(yàn)是課本敘述和演示的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，也是高考?？純?nèi)容，并且題型的設(shè)計(jì)屢有創(chuàng)新，難度也在變化中遞增。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作、討論、計(jì)算，不僅要了解溶于水的氣體，由壓強(qiáng)變化形成美麗的噴泉的定性認(rèn)識(shí)，更要掌握氣體和溶液、或氣體和氣體只要壓強(qiáng)變化都能形成這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)。

深層思索：瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)的顯著差異導(dǎo)致了噴泉現(xiàn)象。也就是說(shuō)，噴泉是一種外在表現(xiàn)形式，顯示的是瓶?jī)?nèi)外氣體壓強(qiáng)的差異。那么，是否可以通過(guò)其他外在形式來(lái)顯示壓強(qiáng)的變化呢?

一般要求氣體溶解度較大（理論上1：1溶解即可，但實(shí)際要求較大）。可以通過(guò)增壓使氣體與水（或其它液體）接觸后，也可通過(guò)減壓直接將水（或其它液體）吸入。若是滴管引發(fā)的，則滴管中所能擠出的水的多少、氣體溶解度大小、燒瓶體積大小、導(dǎo)管粗細(xì)、導(dǎo)管高度都可能成為噴泉實(shí)驗(yàn)成功與失敗的關(guān)鍵。即擠入液體溶解完氣體后形成相對(duì)壓強(qiáng)減小程度、能使液柱上升的高度等都是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。一般來(lái)講，燒瓶小些為好，導(dǎo)管細(xì)些、短些實(shí)驗(yàn)更容易成功。

這里列舉一些能做噴泉實(shí)驗(yàn)的組合:

1、NH3、HCl、HBr、HI等這些在水中溶解度大的氣體、NO2或V（NO2）：V（O2）為4：1的混合氣體或V（NO）：V（O2）為4：3的混合氣體，都可與水配組做噴泉實(shí)驗(yàn)；

2、CO2、SO2、H2S、H2 NO2、Cl2溶解度不大的等酸性氣體不能與水配組形成噴泉，但可以與NaOH溶液配組形成噴泉，且NaOH溶液濃度越大，效果就越好；

3、有機(jī)氣體與有機(jī)溶劑配組形成噴泉；

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。

5、液體是鹽酸或硫酸時(shí)，NH3等堿性氣體。

所以能做噴泉實(shí)驗(yàn)的組合有很多，總之能使氣體大量溶解于水（溶液）中或能與溶液反應(yīng)即可形成。由噴泉實(shí)驗(yàn)的啟示，我們?cè)O(shè)計(jì)氫氧化鈉跟二氧化碳反應(yīng)的噴泉實(shí)驗(yàn)。

【反應(yīng)原理】

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

【實(shí)驗(yàn)用品】

儀器：微型氣體發(fā)生器、塑料多用滴管、微型集氣瓶、帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞、T形管、100mL、燒杯膠皮管、橡皮塞、火柴、酒精燈

藥品：稀鹽酸（1:2）、石灰石（或大理石）、1mol/LNaOH溶液藍(lán)色石蕊試紙

【實(shí)驗(yàn)裝置】

【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】

1、儀器組裝

裝置主要有發(fā)生裝置和收集裝置兩部分組成：

從中間剪開(kāi)一只塑料多用滴管，將一只玻璃導(dǎo)管塞進(jìn)帶有細(xì)徑的一半，制成套有去底塑料多用滴管的玻璃管，將細(xì)徑部分插入T形管內(nèi)并用膠皮管連接密封好。按上圖所示連接組裝儀器。

2、檢查裝置的氣密性

在微型集氣瓶的瓶口塞緊一只橡皮塞，將套有去底塑料多用滴管的玻璃管的下端插入盛有少量水的小燒杯中。用手?jǐn)D壓膠頭，導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生，松開(kāi)手，導(dǎo)管內(nèi)上升一小段水柱，過(guò)一會(huì)兒，液面不下降，說(shuō)明裝置不漏氣，氣密性良好。

3、制取并收集、檢驗(yàn)二氧化碳

在微型氣體發(fā)生器底部的凹坑內(nèi)加入適量細(xì)小的石灰石，在塑料多用滴管內(nèi)吸入稀鹽酸，插入微型氣體發(fā)生器的支管內(nèi)，塑料多用滴管和支管之間用膠皮管密封連接。在微型集氣瓶的瓶口塞一團(tuán)棉花，擠壓膠頭，使稀鹽酸進(jìn)入微型氣體發(fā)生器，開(kāi)始反應(yīng)并制取二氧化碳，用向上排氣法在微型集氣瓶?jī)?nèi)收集二氧化碳。過(guò)一會(huì)兒用燃著的木條檢驗(yàn)二氧化碳。然后用濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙置于微型集氣瓶口，半分鐘后可以看到藍(lán)色石蕊試紙變紅。

4、二氧化碳溶與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的噴泉實(shí)驗(yàn)

用橡皮塞塞緊微型集氣瓶的瓶口，再制取少量二氧化碳，排除細(xì)徑內(nèi)的空氣。然后再反復(fù)擠壓幾次膠頭（滴管內(nèi)少量的稀鹽酸已經(jīng)消耗完），促使二氧化碳被氫氧化鈉吸收。一會(huì)兒，可以看到氫氧化鈉溶液通過(guò)細(xì)徑被吸進(jìn)微型集氣瓶中，形成噴泉。最后整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)都有大量液體。

【實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)】：

1、裝置簡(jiǎn)單，便于組裝和操作。

2、可以自由的控制反應(yīng)物的用量。

3、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，趣味性十足。

本實(shí)驗(yàn)是在氨的噴泉實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)和和擴(kuò)展，使學(xué)生知道噴泉實(shí)驗(yàn)不只是局限于用易溶的氣體與液體來(lái)做。同時(shí)通過(guò)本實(shí)驗(yàn)的探究可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并且有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維.讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中理解原理，并培養(yǎng)了自己的實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)研究的方法，懂得了實(shí)踐出真知的辯證科學(xué)原理。

通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的探究使學(xué)生知道了噴泉實(shí)驗(yàn)不只是局限于類(lèi)似氨的溶于水的設(shè)計(jì)方案，比如本實(shí)驗(yàn)中互相反應(yīng)的氣體和溶液也可以完成噴泉實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。類(lèi)似的組合還有很多，學(xué)生可以根據(jù)噴泉實(shí)驗(yàn)的原理自主設(shè)計(jì)一些其他的噴泉組合。在完成實(shí)驗(yàn)探究的同時(shí)，能體驗(yàn)到實(shí)踐活動(dòng)中的樂(lè)趣，并能夠提升自己的動(dòng)手能力和豐富自己的科學(xué)視野，在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)路上漸行漸遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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