曾曙斌噴泉探究

噴 泉 探 究（教師卷）一、設(shè)計背景新教材《氮族元素》第二節(jié)演示實驗，做了氨極易溶于水的噴泉實驗，老教材做過氯化氫氣體的噴泉實驗，練習題里出現(xiàn)了二氧化碳遇氫氧化鈉會產(chǎn)生噴泉嗎等問題，激發(fā)了學(xué)生對噴泉產(chǎn)生條件和方法的探究。二、知識背景1、原理：常溫常壓下，氣體的溶解度要多大才能產(chǎn)生噴泉。如圖1所示。假設(shè)實驗室所用燒瓶容積為250ml，且充滿了某種氣體。玻璃導(dǎo)管長35cm（水面下的玻璃導(dǎo)管長度忽略不計）。當膠頭滴管內(nèi)擠出約 0.5ml水時形成了噴泉。思維程序：少量水進入瓶內(nèi)后能溶解大量氣體→燒瓶內(nèi)氣體物質(zhì)的量減少→燒瓶內(nèi)壓強減小→當瓶內(nèi)外產(chǎn)生的壓強差能克服35cm水柱所產(chǎn)生的壓強時→形成噴泉。圖1以A點為研究對象，A點處壓強P水柱＋P氣＝P大氣壓要產(chǎn)生噴泉，必須P大氣壓－P氣＞P水柱，即燒瓶內(nèi)外壓強差＞P水柱由物理學(xué)知識：當產(chǎn)生1個大氣壓的壓強差時，水柱升高10.33m；要使水柱升高35cm，壓強差：0.350.034atm。1.若燒瓶內(nèi)250ml氣體全部溶解，則10.33燒瓶內(nèi)外產(chǎn)生的壓強差為：1-0=1atm，2.設(shè)燒瓶中250ml氣體有xml溶解，溶解后產(chǎn)生壓強差為0.034atm。250:1=x:0.034，x=250×0.034=8.5ml。即溶解在0.5ml水中，氣體體積為8.5ml時，才能產(chǎn)生噴泉。則1體積水溶解：8.517體0.5積?？傊?，當水柱為35cm時，氣體在水中的溶解度至少為V水:V氣＝1:17。2、噴泉產(chǎn)生的方法（1）氣體溶解型：例教材中的氨氣、氯化氫的噴泉實驗。（2）氣體膨脹型：如圖3。原理：溶液與大氣隔絕，燒瓶與大氣相通，當錐形瓶內(nèi)氣體壓強大于水柱產(chǎn)生的壓強時，形成噴泉。圖4圖2 圖3（3）氣體反應(yīng)型：例1，如圖4，原理：氨氣與氯化氫氣體混和后產(chǎn)生白煙NH4Cl，導(dǎo)致燒瓶內(nèi)外產(chǎn)生壓強差而形成噴泉。例2，如圖2，CO2或Cl2與NaOH溶液的噴泉（4）生活中出現(xiàn)的火山爆發(fā)、人造噴泉屬于氣體膨脹型噴泉。三、學(xué)生設(shè)計實驗要求：根據(jù)自己的設(shè)計思路，首先畫出實驗裝置圖，再整理實驗儀器、試劑藥品、實驗步驟等填入下表。四、探究過程題目： 型噴泉探究實驗儀器：試劑藥品：實驗步驟及裝置圖 實驗現(xiàn)象 解釋、結(jié)論和化學(xué)方程式五、相關(guān)文獻資料1、2004年新版《世紀金榜》教師用書， P169。2、2002年全國理綜試卷，制取氨氣并完成噴泉實驗。（相關(guān)訓(xùn)練）1、如圖1中，裝置氣密性如何檢查？答：(1)打開止水夾；(2)用熱毛巾捂住燒瓶底部；(3)若在燒杯內(nèi)出現(xiàn)氣泡且拿走毛巾后，導(dǎo)管內(nèi)出現(xiàn)一段穩(wěn)定的水柱，則裝置氣密性良好。2、如圖4，噴泉出現(xiàn)在裝哪種氣體的燒瓶中？為了加快氨氣、氯化氫的擴散速度，可用什么簡單的方法實現(xiàn)？答：(1)噴泉出現(xiàn)在裝氯化氫的燒瓶中，因HCl(g)擴散速率大于NH3(g)；(2)用熱毛巾捂住燒瓶底部，氣體受熱膨脹，圖5擴散速率加快。3、如圖 6所示，在燒瓶中充入干燥氣體甲，在錐形瓶中加入物質(zhì)乙，在盛有水的水槽里加入物質(zhì)丙。下列組合中不可能產(chǎn)生噴泉的是：甲乙丙A氨氣稀硫酸氯化鈉固體B空氣乙醚濃硫酸C氧氣大理石和鹽酸硝酸鉀溶液D氮氣酒精硝酸銨固體答：A、D圖6分析：該裝置是氣體膨脹型噴泉裝置。物質(zhì)丙加入水槽的目的是為了產(chǎn)生熱效應(yīng)。NaCl(s)、KNO3遇水無熱效應(yīng)，濃24遇水放熱，NH4NO3固體遇水(s)HSO吸熱。A中乙裝置無氣體，不能產(chǎn)生噴泉。B中乙醚受熱易揮發(fā)，產(chǎn)生氣壓，當壓強足夠大時，乙醚液體噴出。C中乙裝置有CO2氣體產(chǎn)生，可產(chǎn)生噴泉。D中酒精受冷不易揮發(fā)，不能產(chǎn)生噴泉。噴 泉 探 究（學(xué)生卷）一、疑竇叢生學(xué)習《氮族元素》氨氣時，美麗的紅色噴泉使學(xué)生們欣喜不己。聯(lián)想到生活中的音樂噴泉，火山噴發(fā)，學(xué)生們提出了很多的問題：除氨氣外還有哪些氣體能形成噴泉？形成噴泉對氣體的溶解度有多大的要求？液柱的高度對噴泉的形成有影響嗎？二、思維的火花經(jīng)過初步的討論，同學(xué)們認為要產(chǎn)生噴泉，關(guān)鍵是燒瓶內(nèi)外的壓強差要大于水柱產(chǎn)生的壓強。這只是定性討論的結(jié)果。如果要定量分析，還得用物理學(xué)方面的知識來解決問題。①在常溫常壓下，如圖1所示，1體積水溶解多少體積的氣體才能產(chǎn)生噴泉呢？②還有沒有其它的方法也能產(chǎn)生噴泉呢？③如果裝置中沒有膠頭滴管，如圖2，氨氣和水能產(chǎn)生噴泉嗎？④如果燒杯中溶液與大氣相通，溶液是水，能不能讓燒瓶中的氣體反應(yīng)掉，從而產(chǎn)生壓強差導(dǎo)致噴泉呢？⑤裝置中的燒杯是敞開體系，如果把它變?yōu)榉忾]體系能產(chǎn)生噴泉嗎？如圖 3。圖1 圖3圖2問題很多很難，同學(xué)們受到了一次嚴峻的挑戰(zhàn)。最后，在教師的指導(dǎo)下，對同學(xué)們提出的噴泉產(chǎn)生方法進行了篩選， 選出比較可行的做探究。并且把大家劃分成幾個小組，每一組負責一項實驗，得出成功和失敗的經(jīng)驗，最后匯總，得出對噴泉產(chǎn)生的基本條件和方法的統(tǒng)一認識。三、實驗設(shè)計根據(jù)以上的疑惑，請同學(xué)們查閱資料，提出實驗方案，設(shè)計完成實驗（一）設(shè)計思路（二）實驗裝置圖及儀器、藥品等四、實驗探究過程請同學(xué)們分組，分別研究一種設(shè)計思路，設(shè)計記錄表格，記錄觀察結(jié)果，得出各自結(jié)論。五、實驗結(jié)論實驗感悟六、導(dǎo)師指津1、可以從導(dǎo)致燒瓶內(nèi)氣壓減小的各種情況去探究噴泉產(chǎn)生的方法。2、也可以逆向思維,如果燒杯封閉，燒杯內(nèi)氣壓大于大氣壓，能否產(chǎn)生噴泉。（相關(guān)訓(xùn)練）1、圖1