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1、关于“喷泉实验”的设计及浓度计算摘要: 喷泉实验是高中化学实验的一个重要知识点,具有趣味性和综合性,在历年的高考中偶有出现。本文主要是讲解喷泉的实验原理和相关的考察习题。关键词:喷泉 浓度计算喷泉实验具有趣味性、效果性、探究性和综合性,是中学化学实验中的一个重要的知识点,也是历年高考试题中的热点,题型的设计屡有创新。本文就喷泉实验的形成原理和试题考查方式进行归纳分析,提升学生的思维能力。一、探究喷泉实验的形成原理喷泉形成的原因是瓶内外存在压强差。当烧瓶内气体溶于液体或与之反应时,瓶内气体大量减少,压强降低,外界的大气压将液体压入烧瓶内,形成美丽的喷泉。氨气水(含酚酞)操作:先挤压胶头滴管,再打
2、开止水夹,可 见带有尖嘴的导管喷出红色的喷泉。原因分析:氨气极易溶于水,烧瓶内压强瞬间变小,外界大气压将烧杯内的水压入烧瓶,形成红色喷泉(氨水呈碱性,遇酚酞变红)。(必修一实验)二、分析喷泉实验成功的关键盛气体的烧瓶必须干燥,否则甁中有液体,会使瓶口留下空气,形成的喷泉压力不大(喷泉”无力”);气体要充满烧瓶; 烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置的气密性); 所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。三、形成喷泉的组合:极易溶于水的气体(NH3、HCl、SO2 等)与水可形成喷泉;酸性气体(HCl、CO2、SO2、NO2、H2S等)与NaOH溶液可形成喷泉;有机气体与其他物质反应也可形成喷
3、泉。 四、阐释形成喷泉的方式1、负压型(减小压强):接纳喷泉的空间低于大气压,而喷起液体容器与大气相通,通常是烧瓶内气体极易溶于水或烧瓶内的气体与溶液反应,使烧瓶内的压强低于大气压。2、正压型(增大压强):接纳喷泉的空间与大气相通,而喷起液体容器压强大于大气压。通常是容器内的液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等)或由于发生化学反应产生大量的气体。例如:喷泉是一种常见的实验现象,其产生原因是存在压强差。 (1)在图甲的烧瓶中充满干燥气体,胶头滴管及烧杯中分别盛有液体。下列组合中不可能形成喷泉的是 AHCl和H2O BCl2和H2OCNH3和H2O DCO2和烧碱溶液 (2)在图乙的锥形瓶中
4、,分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是_ACu与稀盐酸 BNaHCO3与NaOH溶液CCaCO3与稀硫酸 DNH4HCO3与稀盐酸(3)在图乙的锥形瓶外放一水槽,锥形瓶中加入酒精,水槽中加入冷水后,再加入足量的下列物质,结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是_ A浓硫酸 B食盐 C硝酸铵 D烧碱加入该物质能产生喷泉的原因是_(4) 比较图甲和图乙的两套装置,从产生喷泉的原理分析,二者的不同点是_【解析】(1)让烧瓶中(图甲)收集到的气体大量溶于水或让气体与接触到的溶液发生反应,引起烧瓶内的压强急剧降低,在外界大气压的作用下,烧杯中的液体迅速通过带有尖嘴的玻璃管喷入烧瓶,形成喷泉。(
5、2)将锥形瓶(图乙)设计成一个密闭容器,通过该密闭容器中液体的挥发或发生化学反应产生大量气体,使该密闭容器中压强迅速升高,将密闭容器中的液体压入烧瓶形成喷泉。像城市中常见的人造喷泉、喷雾器喷雾以及火山爆发的原理均是利用了这种原理。【答案】 (1)B (2)D (3)A D 浓硫酸、烧碱溶于水时,放出大量的热,温度升高,使锥形瓶内酒精挥发加快,瓶内压强增大,从而形成喷泉。(4)图甲装置利用了减少烧瓶内压强,图乙装置利用了增大锥形瓶内压强。五、各式各样的喷泉1、颜色各异的喷泉 (2008年上海高考)右图的装置中,干燥烧瓶中盛有某种气体,烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压胶管的胶头,下列与试验事实不相符
6、的是( )ACO2(NaHCO3溶液)无色喷泉BNH3(H2O含酚酞)红色喷泉CH2S(CuSO4溶液)黑色喷泉DHCl(AgNO3溶液)白色喷泉【解析】CO2溶于水可发生以下反应:CO2+H2O H2CO3 H+ HCO3-由平衡移动原理可知,CO2在NaHCO3溶液中的溶解度很小,因此不能形成喷泉。H2S + Cu2+= CuS + 2H+,CuS为黑色沉淀,故形成黑色喷泉。D项中的Cl-与Ag+结合生成白色沉淀AgCl。【答案】A2、双喷泉实验利用如图所示的装置,可以验证NH3和HCl的有关性质实验前a、b、c活塞均关闭(1)若要在烧瓶中产生“喷泉”现象,烧瓶I中不产生“喷泉”现象,其操
7、作方法是 _ 。(2)若先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管,在烧瓶中可观察到的现象是 _ 。(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关,在烧瓶I中产生“喷泉”现象,烧瓶中不产生“喷泉”现象,其操作方法 。(4)若要在该装置中产生双喷泉现象,其操作方法是_。【答案】(1)先打开a、b活塞,再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管,再打开a、b活塞)。 (2)烧瓶导管口处产生白烟。 (3)先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管(或先打开a活塞,挤压胶头滴管,再打开c活塞)。片刻后,关闭a,然后打开b活塞。(4)先打开a、c活塞,再挤压胶头滴管(或先打开a活塞,挤压胶头滴管,再打开c活塞)。片刻后,打开b活塞。若在装有
8、水的烧杯中滴加紫色石蕊试液,可在烧瓶I、中分别看到壮观的红蓝的双色喷泉。3、有机喷泉把充满乙烯的圆底烧瓶用带有尖嘴导管的橡皮塞塞紧,如左图所示。打开止水夹A,通过导管C向盛溴水的锥形瓶中鼓入空气,把一部分溴水压入烧瓶,夹紧止水夹A。振荡烧瓶,观察到溴水褪色,有油状物生成,使烧瓶形成负压。反复操作几次,当喷入的溴水颜色不能完全褪去,说明烧瓶中的乙烯已完全反应。此时,打开止水夹B,烧杯中的水进入烧瓶形成喷泉。原理:利用乙烯易发生加成反应,使之与Br2反应,生成油状液体,降低烧瓶内的压强而形成喷泉。CH2=CH2+Br2 CH2BrCH2Br4、启动喷泉的多种方法:(1)如果只提供下图的装置,请说明
9、引发喷泉的方法。由PV=nRT可知,减小压强P,可通过减少气体的物质的量n,降低气体的温度(T)。由实验装置可知,只能通过方法进行。方法一:打开止水夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃导管内的空气,氨气与水接触,即发生喷泉;方法二:烧瓶上覆盖冷毛巾或淋洒冷水,使烧瓶内温度降低,压强减小,从而引发喷泉;方法三:在烧瓶上涂抹无水乙醇,由于乙醇挥发带走热量使烧瓶内温度降低,压强减小,引发喷泉。 HCl(2)利用其它气体启动喷泉浓氨水 加热试管中的浓氨水,打开A处的止水夹,向烧瓶中通入少量氨气后关闭A处的止水夹,再打开B处的止水夹。五、总结喷泉实验后的浓度计算喷泉实验所得溶液物质的
10、量浓度的计算是近年高考中出现的一种小类型题,很有特点。本文把这种计算的类型和解法总结如下:1、气体是溶质:如用HCl、HBr、HI、NH3等和水进行的喷泉实验。2、气体不是溶质:如用NO2和水、NO2和O2的混合气体和水进行的喷泉实验。1、 单一气体n(溶质) 用HCl和水做喷泉实验,若烧瓶内充满HCl气体,则在标准状况下,做完实验后烧瓶内C(HCl)= _ mol/LV(溶液)设烧瓶的体积为V L,由公式C= 1/22.4mol/LC(HCl)=V L/ 22.4mol/LV L 用NO2和水做喷泉实验,若烧瓶内充满NO2气体,则在标准状况下,做完实验后烧瓶内C(HNO3)= _ mol/LNO2溶于水跟H2O反应生成HNO3和NO气体: 3 NO2+ H2O = 2HNO3 + NO 2/3烧瓶的气体转化为HNO3,形成2/3烧瓶的溶液,故C (HNO3)= 1/22.4mol/L2/3V L/ 22.4mol/L2/3V L2、 混合气体 用NO2、O2和水做喷泉实验,NO2和O2按4:1的体积比充满烧瓶,则在则在标准状况下,做完实验后烧瓶内C(HNO3)= _ mol/L由4NO2+ O2 +2H2O = 4HNO3可知,4/5烧瓶的气体转化为HNO3,所以C(HNO3)=1/22.4mol/L4/5=1/28 mol/L