喷泉实验是高中化学第二册中重要的实验,也是高考中重要的考点之一,它往往与其它问题组合成具有探究性、综合性较强的能力考查型题目,为命题者青睐下面谈一谈有关喷泉实验问题
一、喷泉实验形成的原理
喷泉实验是一种宏观的液体喷涌现象,既有天然的,也有人为的它的形成主要是因为容器内外存在较大的压强差在这种压强差的作用下,液体快速流动,通过带有尖嘴的导管喷出来,即形成喷泉
二、喷泉实验形成的条件分析
从原理上分析使容器内外产生较大的压强差是形成喷泉的重要条件,通常有以下两种请况
压强内小外大
即容器内压强迅速减小,与容器外形成较大的压强差一般是容器内的气体极易溶于水或容器内气体易与溶液中的溶质发生化学反应因此当外部的水或溶液接触容器内气体时,由于气体大量溶解或与溶液中的溶质发生化学反应,使容器内气体迅速减少,从而使容器内气压迅速降低,在这种压强差的作用下外部液体迅速进入容器,通过尖嘴导管喷出,形成喷泉根据喷泉形成的过程和原理,下表中的气体与吸收剂作用就能形成喷泉
2压强内大外小
即容器内压强增大,与容器外形成较大的压强差容器内液体由于受热挥发(如浓盐酸、浓氨水、酒精等易挥发液体)或由于发生化学反应,容器内产生大量气体,使容器内压强迅速增大,促使容器内液体迅速向外流动,从而形成喷泉如喷雾器、人造喷泉等就是利用这个原理形成的
三、喷泉实验成败的三个关键
气体在吸收剂中被吸收的既快又多
如上表中所列气体与吸收剂作用,均能使容器内气体迅速被吸收并导致容器内压强减小,而引发喷泉或容器内产生大量气体又快又多,使容器内压强迅速增大,而引发喷泉
2装置气密性要好
只有良好的气密性,才能保持容器内外已形成的较大的压强差,促使液体快速流动,才能保证喷泉的形成装置气密性差,使容器内外的压强差减小,则不能形成喷泉
3烧瓶中气体的纯度大,浓度足够高
为此收集气体时,特别是极易溶于水的气体,烧瓶必须干燥,用排空气法收集前最好先干燥再收集,且气体的量要充足,才能保证气体的浓度大对某些在水中溶解度不大的气体,也可用排饱和溶液法收集,(如Cl2、SO2、CO2等)但气体无法干燥,由于气体浓度大,吸收剂吸收的快,也可引发喷泉
四、喷泉实验典型例题解
喷泉实验原理与形成的考查
例 据***回答下列问题
()***为中学教学中所用的喷泉实验装置在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(填序号)
(2)某学生积极思考产生喷泉的其它办法设计***2所示的装置在***2的锥形瓶中,分别加入足量的下列物质,反应后可能产生喷泉的是(填序号)
ACaCO3和稀2SO4
BN4CO3和稀Cl
CZn和稀Cl
在***2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2SO4 B食盐 C硝酸铵 D硫酸铜
加入该物质能产生喷泉的原因是
(3)比较***和***2的两套装置,从产生喷泉的原理分析,二者的不同点在于
解析 ()中Cl和N3极易容于水、CO2与NaO反应均使烧瓶内压强迅速减小,烧瓶内外形成较大的压强差,故A、C、 D能形成喷泉,而B中Cl2在水中的溶解度不大不能使烧瓶内压强迅速减小,故Cl2和2O不能形成喷泉,故选B
(2)***2锥形瓶中,N4CO3与稀Cl、Zn和稀Cl反应产生大量气体,均可使锥形瓶内压强增大,可形成喷泉,而CaCO3和稀2SO4产生的CO2有限,最终反应停止,不能使锥形瓶内压强迅速增大,故不能形成喷泉故选B、C
瓶外水槽中的冷水中,加入食盐和CuSO4均不能使冷水的温度有所变化,加入N4NO3使冷水温度更低,也不能促使酒精挥发,而加入浓2SO4时,因溶***出大量的热,使乙酸挥发,瓶中压强增大,而形成喷泉,故选A
(3)和2形成喷泉的不同处是中压强内小外大,2中是压强内大外小
2气体的制取与喷泉实验操作的的联合考查
例2 制取氨气并完成喷泉实验(***中夹持装置均已略去)
()写出实验制取氨气的化学方程式:
(2)收集氨气应使用法,要得到干燥的氨气可选用做干燥剂
(3)如***3装置进行喷泉实验上部烧瓶已装满干燥氨气引发水喷发的操作是该实验的原理是
(4)如果只提供如***4的装置,说说所引发喷泉的方法:
()某学生试***用***3做喷泉实验,结果失败试分析实验失败的原因
解析 近年来高考试题加强了对学生实验能力的考查本题将氨水的制取、喷泉实验的操作及对实验结果的分析评价,能较好地考查学生的实验操作能力和应用知识能力
答案 ()2N4Cl+Ca(O)2CaCl2+2N3+22O
(2)向下排空气法、 碱石灰
(3)打开止水夹、挤出胶头滴管中的水、氨极易溶解于水、使烧瓶内压强迅速减小
(4)打开止水夹,用手(或热毛巾)将烧瓶捂热,氨气受热膨胀,赶出玻璃管内的空气,氨气与水接触,即发生喷泉()实验失败的原因可能有①收集氨气时空气未排尽②装置漏气③烧瓶潮湿④滴入烧瓶里的水太少
3喷泉实验与物质性质联袂考查
例3 A是一种白色晶体,它与浓NaO溶液共热, 放出无色气体B用圆底烧瓶收集干燥的B,按***所示装置仪器挤压滴管的胶头时,可得蓝色喷泉;A与浓2SO4微热,放出无色气体C用圆底烧瓶收集干燥的C,仍按***所示装置实验,
4喷泉实验与化学计算联袂考查
例4 在标准情况下,在三个干燥的烧瓶内分别装有干燥纯净的N3、含一半空气的Cl气体、NO2和O2的混合气体[V(NO2)∶V(O2)=4∶7]然后分别做喷泉实验,三个烧瓶中所得溶液的物质的量浓度之比为
A2∶∶2 B∶∶4 C∶∶ D无法确定
解析 N3、Cl溶于水后,溶液的体积即是溶解的气体体积故c=
故选答案B
对于喷泉实验与其他问题组成综合性考题的情况还很多,在此就不一一例举
总之,解决喷泉实验问题时,要正确理解喷泉实验的原理,牢牢抓住形成喷泉的条件,来认识形成喷泉的本质,才能正确解决喷泉实验的问题