二氧化碳溶于氫氧化鈉溶液的噴泉實驗設計

許加海

摘要：根據氨的噴泉實驗改進裝置，探究設計二氧化碳與氫氧化鈉的噴泉實驗，激發學生的實驗興趣。

關鍵詞：噴泉實驗拓展；二氧化碳與氫氧化鈉；趣味性實驗

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）10-243-01

噴泉實驗是高一化學中的一個趣味性實驗，也是一個重要的實驗，在實驗教學中的地位舉足輕重，富有探究意義。對噴泉實驗進行深入的研究不僅有助于學生掌握多種氣體的性質和反應,其原理的拓展和遷移還可以應用于有關裝置的氣密性檢查、裝置中液體的倒吸、排水集氣和排水量氣等實驗操作和實驗現象。設計噴泉實驗之前必須了解噴泉實驗的原理：通過物理學中的壓強改變（主要是減少）使液體通過大氣壓強進入容器中形成的現象。

噴泉實驗是課本敘述和演示的一個重要實驗，也是高考常考內容，并且題型的設計屢有創新，難度也在變化中遞增。我們通過實驗操作、討論、計算，不僅要了解溶于水的氣體，由壓強變化形成美麗的噴泉的定性認識，更要掌握氣體和溶液、或氣體和氣體只要壓強變化都能形成這一實驗現象的本質。

深層思索：瓶內外壓強的顯著差異導致了噴泉現象。也就是說，噴泉是一種外在表現形式，顯示的是瓶內外氣體壓強的差異。那么，是否可以通過其他外在形式來顯示壓強的變化呢?

一般要求氣體溶解度較大（理論上1：1溶解即可，但實際要求較大）。可以通過增壓使氣體與水（或其它液體）接觸后，也可通過減壓直接將水（或其它液體）吸入。若是滴管引發的，則滴管中所能擠出的水的多少、氣體溶解度大小、燒瓶體積大小、導管粗細、導管高度都可能成為噴泉實驗成功與失敗的關鍵。即擠入液體溶解完氣體后形成相對壓強減小程度、能使液柱上升的高度等都是實驗成功的關鍵。一般來講，燒瓶小些為好，導管細些、短些實驗更容易成功。

這里列舉一些能做噴泉實驗的組合:

1、NH3、HCl、HBr、HI等這些在水中溶解度大的氣體、NO2或V（NO2）：V（O2）為4：1的混合氣體或V（NO）：V（O2）為4：3的混合氣體，都可與水配組做噴泉實驗；

2、CO2、SO2、H2S、H2 NO2、Cl2溶解度不大的等酸性氣體不能與水配組形成噴泉，但可以與NaOH溶液配組形成噴泉，且NaOH溶液濃度越大，效果就越好；

3、有機氣體與有機溶劑配組形成噴泉；

4、O2、N2、H2等不溶于水的氣體，設計一定實驗條件將其反應掉，也能形成噴泉。

5、液體是鹽酸或硫酸時，NH3等堿性氣體。

所以能做噴泉實驗的組合有很多，總之能使氣體大量溶解于水（溶液）中或能與溶液反應即可形成。由噴泉實驗的啟示，我們設計氫氧化鈉跟二氧化碳反應的噴泉實驗。

【反應原理】

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

【實驗用品】

儀器：微型氣體發生器、塑料多用滴管、微型集氣瓶、帶導管的單孔橡皮塞、T形管、100mL、燒杯膠皮管、橡皮塞、火柴、酒精燈

藥品：稀鹽酸（1:2）、石灰石（或大理石）、1mol/LNaOH溶液藍色石蕊試紙

【實驗裝置】

【實驗過程】

1、儀器組裝

裝置主要有發生裝置和收集裝置兩部分組成：

從中間剪開一只塑料多用滴管，將一只玻璃導管塞進帶有細徑的一半，制成套有去底塑料多用滴管的玻璃管，將細徑部分插入T形管內并用膠皮管連接密封好。按上圖所示連接組裝儀器。

2、檢查裝置的氣密性

在微型集氣瓶的瓶口塞緊一只橡皮塞，將套有去底塑料多用滴管的玻璃管的下端插入盛有少量水的小燒杯中。用手擠壓膠頭，導管口有氣泡產生，松開手，導管內上升一小段水柱，過一會兒，液面不下降，說明裝置不漏氣，氣密性良好。

3、制取并收集、檢驗二氧化碳

在微型氣體發生器底部的凹坑內加入適量細小的石灰石，在塑料多用滴管內吸入稀鹽酸，插入微型氣體發生器的支管內，塑料多用滴管和支管之間用膠皮管密封連接。在微型集氣瓶的瓶口塞一團棉花，擠壓膠頭，使稀鹽酸進入微型氣體發生器，開始反應并制取二氧化碳，用向上排氣法在微型集氣瓶內收集二氧化碳。過一會兒用燃著的木條檢驗二氧化碳。然后用濕潤的藍色石蕊試紙置于微型集氣瓶口，半分鐘后可以看到藍色石蕊試紙變紅。

4、二氧化碳溶與氫氧化鈉溶液反應的噴泉實驗

用橡皮塞塞緊微型集氣瓶的瓶口，再制取少量二氧化碳，排除細徑內的空氣。然后再反復擠壓幾次膠頭（滴管內少量的稀鹽酸已經消耗完），促使二氧化碳被氫氧化鈉吸收。一會兒，可以看到氫氧化鈉溶液通過細徑被吸進微型集氣瓶中，形成噴泉。最后整個實驗裝置內都有大量液體。

【實驗優點】：

1、裝置簡單，便于組裝和操作。

2、可以自由的控制反應物的用量。

3、實驗現象明顯，趣味性十足。

本實驗是在氨的噴泉實驗的基礎上進行的改進和和擴展，使學生知道噴泉實驗不只是局限于用易溶的氣體與液體來做。同時通過本實驗的探究可以激發學生的學習興趣，并且有助于培養學生的發散思維.讓學生從實驗中理解原理，并培養了自己的實驗操作能力和科學研究的方法，懂得了實踐出真知的辯證科學原理。

通過該實驗的探究使學生知道了噴泉實驗不只是局限于類似氨的溶于水的設計方案，比如本實驗中互相反應的氣體和溶液也可以完成噴泉實驗的設計。類似的組合還有很多，學生可以根據噴泉實驗的原理自主設計一些其他的噴泉組合。在完成實驗探究的同時，能體驗到實踐活動中的樂趣，并能夠提升自己的動手能力和豐富自己的科學視野，在科學探究的學習路上漸行漸遠。

參考文獻：

[1] 周之云.二氧化碳的制取及噴泉實驗.教學儀器與實驗，1993，(04)

[2] 汪自友.豐富多彩的噴泉實驗.青蘋果,2006(03)

[3] 廖旭杲.噴泉實驗教學三部曲.化學教學,2002(07).