用理想氣體狀態方程探究噴泉實驗的啟動方法

陳雨露

（沿河縣沿河民族中學，貴州 沿河 565300）

噴泉實驗是中學化學的經典實驗之一，長期以來，噴泉實驗以其獨特的趣味性和學科知識的高度綜合性為廣大師生所關注。

要探究噴泉的啟動方法，首先得要弄清楚形成噴泉的原理。

如圖1（圖中夾持裝置已略去），燒瓶和燒杯通過尖嘴玻璃管組成一個連通器，燒瓶內充滿氨氣，膠頭滴管內吸入一定量的水，開始時燒瓶內充滿氣體，氣壓較大，大氣壓無法將燒杯內的液體壓到燒瓶中去，因而形不成噴泉。此時，只需將膠頭滴管內的水擠入燒瓶，由于氨極易溶于水，造成燒瓶內氣壓急劇降低，大氣壓使燒杯中的液體沿玻璃管上升，在尖嘴處噴涌而出，形成噴泉。

顯然，形成噴泉的關鍵是產生壓強差，即大氣壓強大于燒瓶內氣體壓強與尖嘴玻璃管頂端到燒杯內液面高度液柱產生的壓強之和，而且這個差值越大，越易形成噴泉，所以，要啟動噴泉，就必須盡可能大地降低燒瓶內的氣壓。

思考影響氣體壓強的因素會很自然地想到理想氣體狀態方程：PV=nRT，并由此推出P=nRT/V。可見降低燒瓶內氣體壓強的方法有三種：①減少氣體的物質的量（n），②降低氣體的溫度（T），③增大氣體的體積（V）。

一、減少氣體的物質的量

對于象NH3、HC1等極易溶于水的氣體，在做噴泉實驗時，采用圖1所示裝置，只需將膠頭滴管中的水擠出少許，打開止水夾，即可啟動噴泉。

對于象 CO2、SO2、NO2、H2S、Cl2等在水中溶解度不大的酸性氣體，采用圖1所示裝置，將膠頭滴管和燒杯中的液體換成NaOH溶液，再將膠頭滴管中的NaOH溶液擠入燒瓶中，稍微振蕩燒瓶，然后打開止水夾，即可啟動噴泉。此外，SO2、H2S用KMnO4溶液做吸收液，Cl2用CCl4或KI溶液做吸收液，按上述操作同樣可以啟動噴泉。

可見，對于任何一種氣體，只要能找到常溫常壓下能很容易溶解它或很容易與它發生反應的吸收液，按圖1所示裝置和上述操作都能成功啟動噴泉。

二、降低氣體的溫度

要降低燒瓶內氣體的溫度，最適宜的做法顯然是尋找合適的冷卻劑置于燒瓶的頂部，從而達到吸熱降溫的目的。普通化學實驗室能找到的較理想的吸熱降溫的物質有丙酮、冰鹽混合物等。

實驗時，將圖1裝置中的雙孔橡膠塞換成帶尖嘴玻璃管的單孔橡膠塞，燒瓶內充滿NH3或HC1等氣體，用膠頭滴管向燒瓶頂部以適當的滴速滴加丙酮，因丙酮極易揮發，在揮發時吸收大量的熱，使燒瓶內氣體的溫度降低，壓強減小，此時打開止水夾，即可啟動噴泉?；蛘哂帽褪雏}混合物作冷卻劑，將其制成冰袋置于燒瓶頂部，使瓶內氣體的溫度降低，壓強減小，打開止水夾，也可以啟動噴泉。

三、增大氣體的體積

要使氣體的體積增大，表面上看起來就得增大燒瓶的體積，固定容積的燒瓶如何增大體積呢？這個看似無法實現的問題其實只要作一下變通，仍然能夠做到。一種做法是將圖1的膠頭滴管上的膠頭拿掉，連接一個擠扁的洗耳球或是套上一個預先壓扁的氣球并用夾子夾住，待一切準備就緒后，再松開夾子，燒瓶內的氣體自動進入洗耳球或氣球中，從而實現增大氣體體積，減小瓶內氣壓的目的。此時打開止水夾，即可啟動噴泉。另一種做法是將圖1的膠頭滴管拿掉，重新連接一支大號注射器，然后將燒瓶中的氣體抽到注射器中，即相當于增大氣體的體積，減小燒瓶內的氣壓，再打開止水夾，同樣可以啟動噴泉。

可見，用理想氣體狀態方程對噴泉實驗的啟動方法進行多角度的探究，有利于促進學生深刻理解噴泉實驗的本質、訓練學生思維的廣度和深度、增強學生的理解能力和創新能力，對學活學透噴泉實驗這個知識點有極大的幫助。