高中化學(xué)實驗-噴泉實驗及高中化學(xué)實驗經(jīng)典題型及解析

實驗專題之四噴泉實驗

一.

關(guān)于噴泉實驗氨氣的噴泉實驗是一個很基礎(chǔ)也很有趣的演示實驗,高考也經(jīng)?？疾榕c噴泉實驗有關(guān)的知識,并且考查的內(nèi)容越來越新穎多樣。噴泉實驗利用氨氣在水中溶解度很大（體積比1：700），在短時間內(nèi)燒瓶內(nèi)氣壓減小，從而使外界大氣壓大于瓶內(nèi)氣壓，在打開活塞后，大氣壓將燒杯內(nèi)的液體壓入燒瓶中，在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉?；趪娙獙嶒瀰R總的問題主要有以下幾個：(1)這個噴泉實驗的原理跟生活中見到的噴泉原理一樣嗎？不一樣的話，能否將生活噴泉的原理搬到化學(xué)實驗中？(2)老師在課堂演示時有時會出現(xiàn)實驗失敗，到底是什么原因?qū)е碌?？有什么方法可以提高實驗的成功率?3)除了形成單一的紅色噴泉，能不能形成其他顏色的噴泉呢？如果可以要選用什么藥品？能不能設(shè)計出彩虹般的噴泉？(4)作為噴泉實驗原料氣的溶解度應(yīng)是多少？難溶或不溶性氣體能否形成噴泉？(5)噴泉實驗的裝置如何進行改進和創(chuàng)新？能不能設(shè)計出雙噴泉甚至三噴泉？(6)實驗中有哪些因素會對噴泉的效果有影響，如導(dǎo)管的高度，實驗時的溫度，吸收液的溫度等等？由此擬定研究方向：①化學(xué)噴泉與生活噴泉的聯(lián)系；②噴泉實驗的改進研究；③彩色噴泉的探究。讓學(xué)生自由選擇研究方向，設(shè)計實驗對相關(guān)內(nèi)容進行探究。二.生活噴泉與化學(xué)噴泉課堂上演示的噴泉實驗，是減小燒瓶內(nèi)氣壓并在外界大氣壓的作用下，形成噴泉。而廣場上多姿多彩的噴泉原理是增大內(nèi)部氣壓，在正常大氣壓下形成噴泉，原理與火山噴發(fā)類似。于是，本課題將生活中形成噴泉的原理在實驗室進行模擬。實驗一：利用MnO2加快H2O2分解氧氣，加大燒瓶內(nèi)壓強，在空氣中形成噴泉H2O22H20+O2圖1圖2步驟：1、先關(guān)閉導(dǎo)管上的止水夾，向燒瓶中放入MnO2，分液漏斗中裝H2O2,快速塞緊膠塞，打開分液漏斗，使燒瓶中快速聚集氧氣，氣壓增大；2、在一段時間后，打開止水夾，燒瓶中的水受到高壓而噴出，在導(dǎo)管的出口處形成噴泉。（裝置如圖1所示）實驗二：加熱氨水使燒杯內(nèi)壓強增大從而形成噴泉NH3·H2OH2O+NH3↑步驟：1、先關(guān)閉止水夾，向盛有濃氨水的燒瓶進行加熱，使?jié)獍彼纸獬砂睔夂退?、待瓶內(nèi)氣體大量聚集后，氣壓增大到一定程度時打開止水夾，讓液體順導(dǎo)管噴出，形成噴泉。（裝置如圖2所示）三．噴泉實驗的改進和創(chuàng)新課本里的噴泉實驗形成的噴泉只持續(xù)一小會兒，無法讓這美麗的瞬間持久，并且只有一個噴泉，形式單一。于是，本課題根據(jù)該實驗原理，設(shè)計新的裝置，達到感官上的突破。課題由2個小組完成，一個小組負(fù)責(zé)研究和設(shè)計出持久性噴泉；一個小組設(shè)計出雙噴泉，讓噴泉實驗更精彩。

圖3

圖4

1.形成持久性噴泉步驟：1）制備一燒瓶的O2、如圖3組裝裝置；2）用放大鏡聚焦使磷燃燒，消耗氧氣；3）燒瓶內(nèi)壓強減小，H2O2溶液進入燒瓶中形成噴泉，H2O2溶液與MnO2反應(yīng)再生成O2，如此不斷進行；4、當(dāng)溶液到達一定程度時，打開止水夾，使水流下。2.噴煙和雙噴泉實驗步驟：1）制取一燒瓶氨氣和一燒瓶HCl，如圖4連接裝置；2）關(guān)閉止水夾C，擠壓膠頭滴管，燒瓶中氨氣部分溶解，壓強減小，打開a、b，HCl被壓入盛NH3的燒瓶中，形成噴煙現(xiàn)象；3）打開止水夾C，由于兩個燒瓶中壓強都小于大氣壓，因此形成雙噴泉。3.彩色噴泉課本中利用氨氣和滴有酚酞的水形成紅色的噴泉，在驚嘆其美麗的同時，卻也因其顏色單一而感到乏味，于是通過查閱資料，有三種方案可以設(shè)計出多種顏色的噴泉。第一種方案：燒瓶中由裝一種氣體改裝兩種或多種氣體。這些氣體互不反應(yīng),但卻能與同一種液體反應(yīng)生成不同顏色的產(chǎn)物而形成彩色噴泉。第二種方案：燒杯中由盛一種溶液改盛幾種互不反應(yīng)的溶液,而燒瓶中只盛一種氣體,且這種氣體能與上述幾種溶液反應(yīng)生成不同顏色的產(chǎn)物而形成彩色噴泉。第三種方案：用燒瓶裝幾種互不反應(yīng)的氣體,燒杯也裝幾種互不反應(yīng)的液體,且這幾種氣體能與上述幾種溶液反應(yīng)生成不同顏色的產(chǎn)物而形成彩色噴泉。課題分為四個小組，選擇HCl、NH3、Cl2、CO2做為原料氣，再通過選擇不同的實驗溶液，達到彩色噴泉的效果。

圖5

步驟：

1）先用一個干燥的圓底燒瓶收集足夠量實驗用氣體；

2）用帶有三根玻璃管(一端成尖嘴狀,且尖嘴狀一端應(yīng)插入燒瓶內(nèi))的塞子塞緊瓶口,倒置燒瓶,三根玻璃管的末端分別插入盛有實驗需用的三種不同試劑溶液的酸奶瓶里；

3）三位學(xué)生同時擠壓酸奶瓶,由于燒瓶內(nèi)的氣體極易溶于上述三種溶液中，使燒瓶內(nèi)壓強減小，酸奶瓶內(nèi)溶液由玻璃管進入燒瓶，從而形成多種顏色的彩色噴泉。

4)更換燒瓶內(nèi)其他與酸奶瓶中溶液，達到更多的顏色噴泉。實驗的氣體、溶液、顏色、變色原因如下表（其中顏色和變色原因由學(xué)生通過實驗和查閱相關(guān)資料填寫），裝置如圖5

編號燒瓶中氣體燒杯中的液體噴泉的顏色變色的原因1HCl石蕊試液紅色HCl的水溶液呈酸性，遇石蕊試液變紅硝酸銀溶液白色產(chǎn)生了白色的AgNO3沉淀氫氧化銅懸浮液綠色2HCl+Cu(OH)2=CuCl2+2H2O，在CuCl2的水溶液中存在[CuCl4]2-和[Cu(H2O)4]2+兩種綠色離子2Cl2KSCN的FeCl2溶液紅色Cl2氧化Fe2+變?yōu)镕e3+，使KSCN變紅KI的淀粉溶液藍色Cl2置換出KI中的I2，I2與淀粉變藍KBr的CCl4溶液橙色Cl2置換出KBr中的Br2，Br2的CCl4溶液呈橙色3NH3酚酞試液紅色NH3的水溶液呈堿性，遇酚酞變紅石蕊試液藍色NH3的水溶液呈堿性，遇石蕊變藍FeCl3溶液紅褐色產(chǎn)生了紅褐色的Fe(OH)3沉淀

4

CO2酚酞NaOH溶液透明CO2與NaOH產(chǎn)生Na2CO3，使酚酞褪色紫色石蕊試液紅色CO2的水溶液呈酸性，遇石蕊試液變紅澄清石灰水白色產(chǎn)生了白色碳酸鈣沉淀1、制取氨氣并完成噴泉實驗（圖中夾持裝置均已略去）。（1）寫出實驗室制取氨氣的化學(xué)方程式：。（2）收集氨氣應(yīng)使用法，要得到干燥的氨氣可選用做干燥劑。（3）用圖1裝置進行噴泉實驗，上部燒瓶已裝滿干燥氨氣，引發(fā)水上噴的操作是。該實驗的原理是。（4）如果只提供如圖2的裝置，請說明引發(fā)噴泉的方法。2、用下面兩種方法可以制得白色的Fe(OH)2沉淀。方法一：用不含F(xiàn)e3＋的FeSO4溶液與用不含O2的蒸餾水配制的NaOH溶液反應(yīng)制備。（1）用硫酸亞鐵晶體配制上述FeSO4溶液時還需加入。（2）除去蒸餾水中溶解的O2常采用的方法。（3）生成白色Fe(OH)2沉淀的操作是用長滴管吸取不含O2的NaOH溶液，插入FeSO4溶液液面下，再擠出NaOH溶液。這樣操作的理由是。方法二：在如圖裝置中，用NaOH溶液、鐵屑、稀H2SO4等試劑制備。（1）在試管Ⅰ里加入的試劑是。（2）在試管Ⅱ里加入的試劑是。（3）為了制得白色Fe(OH)2沉淀，在試管Ⅰ和Ⅱ中加入試劑，打開止水夾，塞緊塞子后的實驗步驟是。（4）這樣生成的Fe(OH)2沉淀能較長時間保持白色，其理由是。3、4、在呼吸面具和潛水艇中可用過氧化鈉作為供氧劑。請選用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑和實驗用品，用上圖中的實驗裝置進行實驗，證明過氧化鈉可作供氧劑。（1）A是制取CO4、在呼吸面具和潛水艇中可用過氧化鈉作為供氧劑。請選用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑和實驗用品，用上圖中的實驗裝置進行實驗，證明過氧化鈉可作供氧劑。（1）A是制取CO2的裝置。寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：。（2）填寫表中空格：（請在答題卡上填寫）儀器加入試劑加入該試劑的目的B飽和NaHCO3溶液CD（3）寫出過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式：。（4）試管F中收集滿氣體后，下一步實驗操作是：①該電解槽的陽極反應(yīng)式是________________________________________________。②通電開始后，陰極附近溶液pH會增大，請簡述原因__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。③除去雜質(zhì)后的氫氧化鉀溶液從溶液出口_________________(填寫“A”或“B”)導(dǎo)出。5、資料顯示：“氨氣可在純氧中安靜燃燒……”。某?；瘜W(xué)小組學(xué)生設(shè)計如下裝置（圖中鐵夾等夾持裝置已略去）進行氨氣與氧氣在不同條件下反應(yīng)的實驗。 （1）用裝置A制取純凈、干燥的氨氣，大試管內(nèi)碳酸鹽的化學(xué)式是；堿石灰的作用是。（2）將產(chǎn)生的氨氣與過量的氧氣通到裝置B（催化劑為鉑石棉）中，用酒精噴燈加熱： ①氨催化氧化的化學(xué)方程式是；試管內(nèi)氣體變?yōu)榧t棕色，該反應(yīng)的化學(xué)方程式是；②停止反應(yīng)后，立即關(guān)閉B中兩個活塞。一段時間后，將試管浸入冰水中，試管內(nèi)氣體顏色變淺，請結(jié)合化學(xué)方程式說明原因 （3）將過量的氧氣與A產(chǎn)生的氨氣分別從a、b兩管進氣口通入到裝置C中，并在b管上端點燃氨氣：①兩氣體通入的先后順是。其理由是②氨氣燃燒的化學(xué)方程式是。6、可用圖示裝置制取少量乙酸乙酯（酒精燈等在圖中均已略去）。請?zhí)羁眨海?）試管a中需加入濃硫酸、冰醋酸和乙醇各2mL，正確的加入順序及操作是（2）為防止a中的液體在實驗時發(fā)生暴沸，在加熱前應(yīng)采取的措施是（3）實驗中加熱試管的目的是：①②（4）試管b中加有飽和Na2CO3溶液，其作用是（5）反應(yīng)結(jié)束后，振蕩試管b靜置，觀察到的現(xiàn)象是1、答案：Ⅱ．（20分）（1）2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O（2）向下排空氣堿石灰（3）打開止水夾，擠出膠頭滴管中的水。氨氣極易溶解于水，致使燒瓶內(nèi)氣體壓強迅速減小。（4）打開夾子，用手（或熱毛巾等）將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸，即發(fā)生噴泉。2、方法一（1）稀H2SO4鐵屑（2）煮沸（3）避免生成的Fe(OH)2沉淀接觸O2方法二（1）稀H2SO4鐵屑（2）NaOH溶液（3）檢驗試管Ⅱ出口處排出的氫氣的純度。當(dāng)排出的H2純凈時，再夾緊止水夾。（4）試管Ⅰ中反應(yīng)生成的H2充滿了試管Ⅰ和試管Ⅱ，且外界空氣不容易進入。3、答案：（1）樣品重，砝碼輕

（2）防止空氣中的CO2和水氣進入U型管中

（3）偏高

（4）把反應(yīng)產(chǎn)生的CO2全部導(dǎo)入U型管中

（5）判斷反應(yīng)產(chǎn)生的CO2是否全部排出，并被U型管中的堿石灰吸收

（6）4、答案：（1）CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑ （3分）（2）儀器加入試劑加入該試劑的目的B（飽和NaHCO3溶液）除去CO2氣體中混入的HClC過氧化鈉與CO2和水氣反應(yīng)，產(chǎn)生O2DNaOH溶液吸收未反應(yīng)的CO2氣體（3）2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 （4）把E中的導(dǎo)管移出水面，關(guān)閉分液漏斗活塞，用姆指堵住試管口，取出試管，立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi)，木條復(fù)燃，證明試管中收集的氣體是氧氣。5、答案：（1）①(NH4)2CO3[或NH4HCO3]②吸收水和二氧化碳②2NO2(g)N2O4(g)＋熱量，降低溫度使平衡正向移動，部分紅棕色NO2轉(zhuǎn)化為無色N2O4。（3）①先通入O2，后通入NH3。若先通氨氣，氨在空氣中不能點燃，逸出造成污染。②4NH3＋3O22N2＋6H2O6、答案：(1)先加入乙醇，然后邊搖動試管邊慢慢加入濃硫酸，再加冰醋酸（3分）（如在試管a中最先加入濃硫酸，此題得0分）(2)在試管a中加入幾粒沸石（或碎瓷片）（2分）(3)①加快反應(yīng)速率②及時將產(chǎn)物乙酸乙酯蒸出，以利于平衡向生成乙酸乙酯的方向移動（