综合性实验及其教学研究——喷泉生烟实验

实验四综合性实验及其教学研究——喷泉生烟实验一、实验目的：培养师范生进行简单的综合性实验设计能力。二、仪器和药品仪器：圆底烧瓶、止水夹、双孔橡皮塞、导管、橡胶管、铁架台（带铁夹）、带支管的大试管、酒精灯药品：浓氨水、固体NaOH、浓盐酸、酚酞试液、石蕊试液、硫酸铜晶体、石蕊试纸三、必备知识1、实验室中常用来做喷泉实验的气体：HI、NO2、CO2、H2SHBrHCl、NH3选用这些气体的原因是这些气体在水中溶解度比较大，溶于水后造成容器内外形成一定压差，大气压将外面的液体压进容器内，形成喷泉；2、为快速、简便地收集一瓶氨气（或氯化氢），较好的方法是采用固-液法制备氨气，采用浓氨水加入氢氧化钠固体中，大量的氢氧根离子抑制了氨水的电解，同时氢氧化钠固体溶于水放出的热量使氨水不稳定而分解产生氨气。四、实验步骤（一）.喷泉实验（1）画出实验装置图：（2）用干燥的圆底烧瓶收集满一瓶氨气。（3）验满：方法将湿润的红色石蕊试纸靠近集气瓶口现象试纸明显变蓝（4）实验过程：往带孔塑料瓶中装入滴有几滴酚酞的自来水；将尖嘴玻璃管与玻璃管之间用一根带有弹簧夹的橡胶管连接，往尖嘴玻璃管那段套入橡胶塞；收集一烧瓶的氨气，完了立刻用橡胶塞堵住瓶口，将烧瓶固定在铁架台后；将玻璃管与塑料瓶相连，打开弹簧夹，用手指堵住小孔，用水轻按压塑料瓶，松开手指，观察现象。（5）实验现象：烧瓶里的水迅速从玻璃管被挤进烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体变红色。日期2015年4月30日；第9周周四，下午；姓名学号成绩1现象解释：瓶内液体变红则是由于NH3溶于水呈碱性碱性溶液可使酚酞变红。喷泉形成是由于烧瓶内的气体溶于水后，导致瓶内气压骤降，与外界大气压产生很大的压差，大气压将塑料瓶中的水挤压进烧瓶中。（6）若需设计成其他颜色的喷泉，可以分别选用的溶液有：可用CuSO4溶液、加紫色石蕊试剂的水溶液、氯化铁溶液等溶液形成喷泉。（二）生烟实验(雾里看花)实验原理：NH3与HCl气体反应生成白色烟雾状的NH4Cl固体实验装置图：实验过程：（略写）（1）收集氨气（2）组装装置（3）加热浓盐酸制备HCl气体……实验现象及其解释：圆底烧瓶中有白色烟雾生成并扩散，因为氨气与氯化氢气体反应生成白色的氯化铵粉末，故形成白烟。（三）喷泉生烟实验实验原理：利用氨气与氯化氢气体反应生成白色烟雾状氯化铵固体，容器内气体压强降低，外界大气压把液体压入气体容器中，在尖嘴处形成喷泉。同时氨气溶于水呈碱性，导致酚酞溶液变红。实验装置图：(略)实验过程：（略写）（1）收集氨气（2）组装装置（3）加热浓盐酸制备HCl气体（4）关闭锥形瓶处弹簧夹，打开塑料瓶处弹簧夹。……实验现象及其解释：圆底烧瓶中产生白色烟雾，塑料瓶中的水从玻璃管进入烧瓶，形成红色喷泉，由于通入HCl气体和烧瓶中的氨气反应生成氯化铵固体，所以产生白色的烟雾，而由于氯化铵的产生消耗了氨气，使得烧瓶内压强降低，外界大气压将液体压入烧瓶中，在尖嘴处产生喷泉。而没有反应的氨气溶于水中，使溶液呈碱性，酚酞变红。2（四）变色喷泉系列实验（无做）1.实验内容（1）混合指示剂的配制：百里酚蓝0.1g，甲基红0.1g，溴百里酚蓝0.05g，酚酞0.1g，溶于200mL酒精中，加水后用0.1mol/L的NaOH溶液中和至黄绿色，加水稀释至400L；（2）在干燥的烧瓶中集满氨气，在塑料瓶中加入0.1mol/L的醋酸溶液，滴入少量混合指示剂，是溶液呈红色；（3）挤压塑料瓶，使少量溶液进入烧瓶中，形成喷泉；（4）现象记录：；2.实验原理及解释：五、实验反思与探究（可另附纸答题）1、本次课还可以综合进来其他哪些实验的内容，进而设计成新的实验？答：（1）氯气跟氢氧化钙的反应:在圆底烧瓶里收集满氯气(Cl₂),加入约10g氢氧化钙(Ca(OH)2),塞紧带尖嘴的玻璃管的胶塞。小心摇动烧瓶,使氯气跟氢氧化钙充分反应后,将玻璃管插入盛有红颜色水的烧杯中,打开玻璃管上的止水夹,烧瓶内即出现美丽的喷泉。反应方程式:2Cl₂+2Ca(OH)₂=Ca(ClO)₂+CaCl₂+2H2O（2）二氧化氮跟水反应在烧瓶内加入10ml浓硝酸(HNO3),再放入一小块铜片。待反应产生的红棕色二氧化氮(NO2)气体赶尽空气充满整个烧瓶时,立即用尖嘴下绑有一团浸湿水的棉团的玻璃管的胶塞塞紧烧瓶瓶口,并将烧瓶固定在铁架台上,将玻璃管插入盛有紫色石蕊试液的烧杯中。打开玻璃管上的止水夹,轻轻摇动烧瓶,即可产生美丽的红色喷泉。反应方程式:Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)₂+2NO₂↑+2H2O3NO₂+H2O=2HNO3+NO（3）二氧化锰催化分解过氧化氢放出氧气的反应取两支具支试管,用乳胶管将两支管连接起来。在一支试管内放入少量的二氧化锰(MnO₂),管口用带分液漏斗的胶塞塞紧,分液漏斗中装10%的过氧化氢(H2O2)溶液。另一支试管内装约2/3体积的红色溶液,管口用带玻璃尖嘴的胶塞塞紧,玻璃管的另一端插入试管内溶液的底部。打开分液漏斗的旋塞,一次性放入一定量的过氧化氢溶液,然后关闭分液漏斗。过氧化氢分解放出的氧气进入另一试管,将试管内红色溶液压出形成红色喷泉。3反应方程式:2H2O2=2H2O+O2↑（4）金属钠跟水的反应取一支大试管,管内盛约3/4体积滴加酚酞试液的水溶液。在试管内投入一小块金属钠(Na),立即用带玻璃尖嘴的胶塞塞紧管口。钠与水反应放出氢气,将溶液通过尖嘴压出形成红色喷泉。2、实验过程中，你的实验失败原因是什么？你与其他同学的实验现象是否相同，若不同，其原因在哪里？答：其中实验失败过一次，是因为烧瓶胶塞连接的橡胶管在接通HCl前没用弹簧夹夹紧导致氨气跑光了。现象相同，只是我们虽然实验失败了一次但依旧是最快完成实验的，因为实验预习得比较仔细，同时和队友也很配合。3、思考题（1）答：烧瓶中的气体能否产生喷泉理由CO2能氢氧化钠可与二氧化碳反应导致烧瓶内气压降低，与外部大气压形成压差，外部大气压将液体压进烧瓶中。当CO2不足时：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O当CO2过量时，会继续发生反应：H2O+CO2+Na2CO3=2NaHCO3SO2能二氧化硫会首先和水反应再与4氢氧化钠反应，SO2+H2O=H2SO3H2SO3+2NaOH=Na2SO3+2H2O导致烧瓶内气压降低，与外部大气压形成压差，外部大气压将液体压进烧瓶中。Cl2能2NaOH+Cl2==NaCl+NaClO+H2O发生这个反应导致烧瓶内气压降低，与外部大气压形成压差，外部大气压将液体压进烧瓶中O2否氧气不与氢氧化钠反应，且难溶于水H2S能氢氧化钠少量:NaOH+H2S==NaHS+H2O氢氧化钠过量:2NaOH+H2S==Na2S+2H2O发生这个反应导致烧瓶内气压降低，与外部大气压形成压差，外部大气压将液体压进烧瓶中（2）答;气体对新现象理由ABH2SCl2打开止水夹1，有淡黄色的固体产生，打开止水夹2，形成喷泉。Cl2是很强的氧化剂,H2S则是还原剂。在一起会发生氧化还原反应。H2S+Cl2==2HCl+SCl2H2S