新课程理念下喷泉实验的再研究

曹义科

摘要：实验化学是普通高中化学课的重要组成部分，是化学学科赖以形成和发展的基础，是检验化学学科知识真理性的标准。实验是新课程的中心，新课程的实施是围绕着实验来进行的。喷泉实验是中学化学最典型的实验之一，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：喷泉实验 研究性学习 CO2气体形成喷泉

一、喷泉实验的基本原理

气体在液体中溶解度很大，使瓶内外在短时间内产生较大的气压差，打开活塞后，利用大气压将瓶下面烧杯中的液体压入瓶内，在尖嘴导管口处形成喷泉。

根据气态方程：Pv=nRT （R为常数），要使压强p变小，可改变n、T、v中的一个变量。所以减小气压的方法有三种：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）。减少气体的物质的量有两种方法：物理方法与化学方法。物理方法是把气体抽走或物理溶解，化学方法是可通过化学反应或化学溶解；降低气体的温度，我们可以采用冷水浇注或用湿毛巾放于瓶底，也可以把装置转移到温度较低的环境；增大气体的体积，可以采取改变容器的体积的方法。

二、喷泉实验的基本实验

课本上以NH3为例介绍喷泉实验。由于NH3与水能以1∶700的体积比溶解，且溶解后溶液呈碱性，故预先在烧杯中的水中滴加酚酞试剂，则打开活塞后，可看到红色喷泉，现象明显，十分美丽。

实验用品：250ml烧瓶、烧杯、玻璃导管、双孔橡皮塞、橡皮导管、胶头滴管、夹子、氨气、蒸馏水、酚酞。

实验步骤：1.检验喷泉装置的气密性。

2.在干燥的圆底烧瓶里集满干燥的氨气，用橡皮塞塞紧备用。

3.滴管内事先吸满水，备用。

4.取一大小合适的烧杯（根据圆底烧瓶的大小确定），加入足量的水，然后滴入几滴酚酞溶液，备用。

5.取下橡皮塞，用预先准备好的双孔塞塞紧圆底烧瓶。

6.将该圆底烧瓶固定在铁架台上，将玻璃管的下端插入预先准备好的烧杯的水中。

7.挤压滴管的胶头，使少量的水进入烧瓶。

实验现象：烧杯中的水顺着导管被压出，从导管中喷出时，形成红色的美丽的喷泉。

实验分析：胶头滴管中的部分水进入烧瓶中，使圆底烧瓶中的氨气溶于水（造成烧瓶内氨气的密度降低）从而引起压强减小，所以烧瓶内的压强和外压强出现压强差，压强差把水从导管中压上来，原本已滴有酚酞试液的水在喷出时遇氨气反应（NH3+H2O=NH3·H2O）生成碱性溶液，所以呈红色。

实验结论：形成此类喷泉的重点在于气体在水中的溶解性。气体在水中溶解性的强弱决定着压强差的大小，而压强差则直接影响着实验的成败。因此，用于实验的气体应在水中有较强的溶解性。如NH3、HCl、HBr、HI等这些在水中溶解度大的气体可发生喷泉实验。

三、CO2作为实验气体的探讨

那么我们是否可以用其他气体来代替氨气呢？我们以在水中溶解度不大的气体CO2作为实验气体进行探讨。

实验用品：带铁圈的铁架台、圆底烧瓶、锥形瓶、导管、橡胶管、夹子、滴管、双孔胶塞、長颈漏斗、酒精灯、水槽、木条、火柴、CaCO3、稀盐酸、NaOH溶液、酚酞、水。

实验操作：在干燥的圆底烧瓶里充满CO2气体，用带有玻璃管和滴管（滴管里事先吸入水）的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里（水里事先加入少量紫色石蕊试液）。打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头，使少量水进入烧瓶。

现象：没有明显实验现象

结论：不能形成喷泉

我们发现用水作为吸收液时，能用来做喷泉实验的气体都为溶解度很大的气体（如HCl、NH3），而溶解度不大或较小的气体却很难成功。因此我们考虑是否可以改变吸收液来进行实验，我们以NaOH溶液作为吸收液来吸收CO2做喷泉实验，并与水作吸收液时的实验现象进行对比。

实验步骤：1.将CaCO3放入锥形瓶中，连接好装置。

2.将稀盐酸倒入长颈漏斗中，打开夹子，用向上排空气集气法收集CO2气体。用燃着的木条验满（用燃着的木条放在圆底烧瓶的瓶口附近，若木条熄灭，则CO2已满瓶）。

3.CO2满瓶后关闭夹子，将带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入0.4 mol/L的NaOH溶液）的塞子紧烧瓶瓶口，连接好装置。

4.往水槽中加入水，滴上酚酞试液。

5.挤压滴管的胶头，使NaOH溶液进入烧瓶，振荡，使NaOH溶液与CO2充分反应，打开夹子观察观象。

注意事项：1.圆底烧瓶必须干燥；

2.装置的气密性要好，不能漏气；

3.气体收集纯净且充满烧瓶。

实验现象及过程：

结论：所用的吸收剂NaOH由于其浓度不够大，不足以吸收烧瓶内的全部CO2，所以剩余的那部分气体有一些会溶在NaOH溶液所含的水中。因为CO2溶解度较小，故CO2不能全部被NaOH溶液吸收，从而形成喷泉的效果一般。

由于不同浓度的NaOH对CO2的溶解性不同，为找出更适合以CO2为气体的喷泉实验，我们进行了以下对比实验（见表1）。

结论：1.CO2气体在用水做吸收剂的情况下，是不能用来做喷泉实验的。CO2难溶于水，形成的压强差没有足够大把水从导管中压出。

2.当玻璃导管的高度相同时，我们用CO2做实验，改用NaOH溶液做吸收液，NaOH溶液的浓度对实验的成败有着直接影响。当NaOH浓度过低时，不可能形成喷泉，或所花费的时间太长。当NaOH浓度过高时，产生了浪费现象。

因此，在此实验中，我们得出：对于溶解度不大或较小的气体，用水作为吸收液不能形成喷泉，因此可改用其他溶液作为吸收液，并且我们得出用CO2和1.8mol/L NaOH溶液所形成的喷泉效果最好。同样CO2、SO2、H2S、H2、NO2、Cl2溶解度不大的等酸性气体不能与水配组形成喷泉，但可以与NaOH溶液配组形成喷泉，且NaOH溶液浓度越大，效果就越好。

四、总结

经过一系列的实验、探讨和研究，我们对形成喷泉的原理有了更深入的理解。认识到各种条件对喷泉实验成败的影响。课本上一个简单的演示实验，可以演变出这么多的问题，说明了化学的博大精深，同时也说明了发散思维的重要性。

（责编 赵建荣）