用理想气体状态方程探究喷泉实验的启动方法

陈雨露

（沿河县沿河民族中学，贵州 沿河 565300）

喷泉实验是中学化学的经典实验之一，长期以来，喷泉实验以其独特的趣味性和学科知识的高度综合性为广大师生所关注。

要探究喷泉的启动方法，首先得要弄清楚形成喷泉的原理。

如图1（图中夹持装置已略去），烧瓶和烧杯通过尖嘴玻璃管组成一个连通器，烧瓶内充满氨气，胶头滴管内吸入一定量的水，开始时烧瓶内充满气体，气压较大，大气压无法将烧杯内的液体压到烧瓶中去，因而形不成喷泉。此时，只需将胶头滴管内的水挤入烧瓶，由于氨极易溶于水，造成烧瓶内气压急剧降低，大气压使烧杯中的液体沿玻璃管上升，在尖嘴处喷涌而出，形成喷泉。

显然，形成喷泉的关键是产生压强差，即大气压强大于烧瓶内气体压强与尖嘴玻璃管顶端到烧杯内液面高度液柱产生的压强之和，而且这个差值越大，越易形成喷泉，所以，要启动喷泉，就必须尽可能大地降低烧瓶内的气压。

思考影响气体压强的因素会很自然地想到理想气体状态方程：PV=nRT，并由此推出P=nRT/V。可见降低烧瓶内气体压强的方法有三种：①减少气体的物质的量（n），②降低气体的温度（T），③增大气体的体积（V）。

一、减少气体的物质的量

对于象NH3、HC1等极易溶于水的气体，在做喷泉实验时，采用图1所示装置，只需将胶头滴管中的水挤出少许，打开止水夹，即可启动喷泉。

对于象 CO2、SO2、NO2、H2S、Cl2等在水中溶解度不大的酸性气体，采用图1所示装置，将胶头滴管和烧杯中的液体换成NaOH溶液，再将胶头滴管中的NaOH溶液挤入烧瓶中，稍微振荡烧瓶，然后打开止水夹，即可启动喷泉。此外，SO2、H2S用KMnO4溶液做吸收液，Cl2用CCl4或KI溶液做吸收液，按上述操作同样可以启动喷泉。

可见，对于任何一种气体，只要能找到常温常压下能很容易溶解它或很容易与它发生反应的吸收液，按图1所示装置和上述操作都能成功启动喷泉。

二、降低气体的温度

要降低烧瓶内气体的温度，最适宜的做法显然是寻找合适的冷却剂置于烧瓶的顶部，从而达到吸热降温的目的。普通化学实验室能找到的较理想的吸热降温的物质有丙酮、冰盐混合物等。

实验时，将图1装置中的双孔橡胶塞换成带尖嘴玻璃管的单孔橡胶塞，烧瓶内充满NH3或HC1等气体，用胶头滴管向烧瓶顶部以适当的滴速滴加丙酮，因丙酮极易挥发，在挥发时吸收大量的热，使烧瓶内气体的温度降低，压强减小，此时打开止水夹，即可启动喷泉。或者用冰水和食盐混合物作冷却剂，将其制成冰袋置于烧瓶顶部，使瓶内气体的温度降低，压强减小，打开止水夹，也可以启动喷泉。

三、增大气体的体积

要使气体的体积增大，表面上看起来就得增大烧瓶的体积，固定容积的烧瓶如何增大体积呢？这个看似无法实现的问题其实只要作一下变通，仍然能够做到。一种做法是将图1的胶头滴管上的胶头拿掉，连接一个挤扁的洗耳球或是套上一个预先压扁的气球并用夹子夹住，待一切准备就绪后，再松开夹子，烧瓶内的气体自动进入洗耳球或气球中，从而实现增大气体体积，减小瓶内气压的目的。此时打开止水夹，即可启动喷泉。另一种做法是将图1的胶头滴管拿掉，重新连接一支大号注射器，然后将烧瓶中的气体抽到注射器中，即相当于增大气体的体积，减小烧瓶内的气压，再打开止水夹，同样可以启动喷泉。

可见，用理想气体状态方程对喷泉实验的启动方法进行多角度的探究，有利于促进学生深刻理解喷泉实验的本质、训练学生思维的广度和深度、增强学生的理解能力和创新能力，对学活学透喷泉实验这个知识点有极大的帮助。