循环往复的“喷泉”实验的创新设计

雍世伟

（铜山区郑集镇中心中学　江苏徐州　221143)



循环往复的“喷泉”实验的创新设计

雍世伟

（铜山区郑集镇中心中学江苏徐州221143)

摘要：利用锌粒与稀盐酸反应产生的氢气，将红墨水通过玻璃管压入塑料瓶中形成“喷泉”；由于在上下瓶子之间连接了一个“下水管”，因此压入上瓶中的红墨水能再流回下瓶中，形成循环往复。新设计的实验，操作简便，具有很强的趣味性和观赏性。

关键词：氢气；喷泉实验；循环往复

一、问题的提出

“喷泉”实验是中学化学教学中的一个演示实验，高一化学教材在讲到氨的性质时，安排了“喷泉”实验［1］。由于“喷泉”实验的趣味性和观赏性强，直观效果好，一直受到广大化学教师的青睐。如今在许多优秀一线教师的改进下，已超越了教材中安排的“喷泉”实验的范围，演变成一系列的适合初中化学教学的“喷泉”实验。但是纵观这些“喷泉”实验，都没有克服两个方面的问题：（1）发生的化学反应都是一次性的，下次使用前还需添加药品，不能随时发生随时停止；（2）形成的“喷泉”都是一次性的，下次使用前还要把上瓶中的液体倒掉，还需在下瓶（或烧杯）中添加水等液体。这样就给连续授课的教师带来了不便，或者上课时学生进行演示实验也只能进行一组。

于是，笔者经过反复的实践和思考，对“喷泉”实验进行了创新改进，设计了循环往复的“喷泉”实验，有效克服了这两个弊端。

二、最初的改进

笔者在最初的构思设计中，存在了以下几个不足。

1.没有设计玻璃弯管（如图1所示)

只能稍微倾斜碳酸饮料瓶，使锌粒和稀盐酸接触，但产生的压强不够，喷出的效果不好。这样形成的“喷泉”不能算是真正的“喷泉”。

图1　

2.没有使用三通管（如图2所示)

结果打开止水夹K2时，因为产生的氢气没有释放出去，因此红墨水并没有流下来。

图2　

3.上方的塑料瓶没有去底，而是在瓶底打了几个小孔（如图3所示)

结果，许多的红墨水溢出，桌面上都是红墨水，且红墨水越来越少，达不到循环往复的目的。

图3　

三、成功的改进

1.实验装置（如图4所示)

2.制作材料

仪器：塑料碳酸饮料瓶2个；锥形瓶1个；止水夹2个；橡皮塞3个（单孔1个、双孔1个、三孔1个）；细长玻璃导管1支、弯玻璃导管2支、短导管2支；胶皮管4小段；T形三通管1个；拴着细线的纱网一个。

图4　

药品：锌粒；稀盐酸；红墨水。

3.制作方法

（1）找1个锥形瓶，2个塑料碳酸饮料瓶，其中一个瓶子用剪刀剪掉底，把剪掉的部分反扣在瓶底部。

（2）根据瓶子的口径大小，找相应的橡皮塞3个（单孔1个、双孔1个、三孔1个）。

（3）根据玻璃导管的粗细，在橡皮塞上打孔，以利于玻璃管插入而不漏气；用胶皮管连接各连接处导管和T形三通管，并加上两个止水夹。

（4）把锌粒放入纱网里，用细线拴住，旋紧橡皮塞，压紧细线，确保锌粒悬在瓶子的中上部。

4.使用方法

（1）连接好如图4所示装置，检查气密性：轻轻挤捏碳酸饮料瓶，细玻璃管中红墨水上升，保持瘪度不变，细玻璃管中的液柱不下降，表明装置气密性良好。

（2）倒入稀盐酸约占碳酸饮料瓶子容积的1/4，将包有锌粒的纱网悬在酸液的上方，不与酸液接触。

（3）倒立碳酸饮料瓶，（保持玻璃弯管口向上），让锌粒与酸液接触，产生气泡，剪掉底的碳酸饮料瓶中出现“喷泉”。当液面即将达到细玻璃管顶端时，直立碳酸饮料瓶，反应停止。

（4）先打开止水夹K1，再打开止水夹K2，上方瓶中的红墨水流回下方瓶中。

（5）关闭两处的止水夹，再次倒立碳酸饮料瓶，反应再次发生，如此循环往复。

5.反应原理

倒立碳酸饮料瓶，锌粒与稀盐酸反应产生氢气，瓶内压强增大，把红墨水沿细玻璃导管压入上方碳酸饮料瓶中，形成“喷泉”。然后直立碳酸饮料瓶，打开止水夹K1释放氢气后，再打开止水夹K2，碳酸饮料瓶中的红墨水流回锥形瓶中，如此循环往复。化学反应方程式为：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑。

6.改进优点

（1）反应可控：把锌粒放在纱网里，悬在酸液上方。当瓶子倒立时，固液接触，产生气泡，反应发生；直立时，固液分离，反应停止。

（2）现象明显：玻璃弯管的使用是本实验的一大亮点。为了能够产生更大的压强，使现象更加明显，富有观赏性，需要让稀盐酸和锌粒充分接触反应，所以需把碳酸饮料瓶倒立。而玻璃弯管恰恰有效防止了稀盐酸因为碳酸饮料瓶的倒立而进入三通管中，使实验失败。

（3）循环使用：当红墨水进入细导管形成“喷泉”后，上方瓶子内的红墨水越来越多，此时只需打开止水夹K1和K2，即可把上方瓶子中的红墨水又重新流回下方瓶子中，可以循环使用。

（4）气密性检查操作简单：连接好装置后，只需轻轻挤捏塑料瓶，细玻璃管中红墨水上升，保持瘪度不变，细玻璃管中的液柱不下降，表明装置气密性良好。

（5）变废为宝：使用的反应容器是丢弃的塑料饮料瓶，实现了废物再利用，变废为宝。

7.注意事项

当打开止水夹K1时，由于喷出的是氢气，具有可燃性，所以要远离火源，防止爆炸而发生危险。

8.实验用途

本实验主要用于在课堂上学生做演示实验，激发学生的兴趣和创新意识，可供多名学生演示使用；也可用于导入新课时教师演示使用。

四、实验后记

该实验设计集易操作性、趣味性、观赏性于一身，在具体的课堂教学中发挥了很大的魅力，因此在2015年徐州市优秀自制教具评选中获得一等奖。当然，在锌粒里也可适当添加1-2小片镁条，可增大压强；也可以用双氧水和二氧化锰丸代替锌粒和稀盐酸，效果也不错。作为化学一线教师，我们要不断优化和创新化学实验，以培养学生的学习兴趣和创新能力，从而为他们的后续学习打下良好的基础。

参考文献

［1］王祖浩.普通高中课程标准实验教科书化学必修1［M］.南京：江苏教育出版社，2004：98

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.035

文章编号：1008-0546（2016）04-0092-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B