喷泉实验原理和条件（喷泉实验的机理、影响因素和关键）

喷泉实验是中学化学教学中的一个演示实验，高中化学教材在讲到氨的性质时，安排了喷泉实验。由于喷泉实验的趣味性强，直观效果好，可以演变成一系列的喷泉实验。

一、现象描述

气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够的压强差(负压)，打开活塞后，大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。

二、产生机理

根据理想气体状态方程：PV=nRT，推出P=(nRT)/V(R为常数)。

要使P变小，可改变n、T、V中的一个变量。

所以减小气压的方法有三种：

⒈ 减少气体的物质的量(n)。减少气体的物质的量有物理方法与化学方法两种方法：

物理方法可把气体抽走或物理溶解，化学方法可通过化学反应或化学溶解。

⒉ 降低气体的温度(T)。可以采用冷水浇注或用湿毛巾放于瓶底，也可以把装置转移入较低温的环境。

⒊ 增大气体的体积(V)。可以采取，升高温度(如：用热水浇注或热毛巾放于瓶底)或改变容器的体积的方法。

三、影响因素

对于用化学方法来减少气体的物质的量的方法又和气体的溶解度、吸收液的种类有关。

⒈ 气体溶解性大小会对喷泉的形成产生影响。如，易溶于水的气体、在水中溶解度不大的气体、难溶于水的气体；由于它们在水中的溶解度不一样，从而就使得压强的减少不一样，是喷泉能否产生以及喷泉大小的关键。

⒉ 吸收液的种类也会对喷泉的形成产生影响，不同的吸收液，与气体之间能否反应、气体在其中溶解度的大小，都决定了喷泉实验的成功与失败。

四、实验关键

通过分析喷泉实验的原理和条件，我们总结出了喷泉实验成功的关键是:

⒈ 盛气体的烧瓶必须干燥，否则甁中有液体，会溶解部分气体，影响负压的大小，使形成的喷泉压力不大(喷泉“无力”)；

⒉ 气体要充满烧瓶；

⒊ 烧瓶不能漏气(实验前应先检查装置的气密性)；

⒋ 所用气体能大量溶于所用液体或气体与液体快速反应。

五、发生实例

极易溶于水的氨气(NH3)和氯化氢(HCl)气体均极易溶于水。1体积的水常温下大约分别能溶解700体积的氨气和500体积的氯化氢气体。因此，氨气和氯化氢气体溶于水的实验可设计成喷泉实验。

六、可设计成喷泉实验的实验

⒈ 气态物质发生化学反应生成固态或液态物质的反应可设计成喷泉实验

⑴ 氯气跟氢氧化钙的反应

在500ml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

⑵ 二氧化氮跟水反应

在500ml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(装置如图1)。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↑+2H2O

3NO2+H2O=2HNO3+NO

图1

⑶ 二氧化碳跟氢氧化钠反应

在500ml烧瓶中收集满二氧化碳(CO2)气体，小心地加入10ml40%的氢氧化钠(NaOH)溶液,立即用带玻璃尖嘴管的胶塞塞紧(或不加氢氧化钠溶液而直接在尖嘴玻璃管上绑浸有氢氧化钠溶液的棉团)。轻轻摇动烧瓶,待充分反应后,打开插入盛有红色水溶液烧杯中玻璃管上的止水夹,即可形成喷泉。反应方程式：

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

⑷ 氯气跟甲烷的取代反应

向500ml的烧瓶中先通入氯气(Cl2),再通入甲烷(CH4)，塞紧带尖嘴玻璃管的胶塞，将玻璃管插入盛有水的烧杯中。用200W电灯泡在反光镜配合下照射烧瓶2-3分钟，打开玻璃管上的止水夹，即可形成喷泉。实验完毕后，在烧瓶内液面上出现油层。反应方程式：

CH4+Cl2=CH3Cl+HCl

CH3Cl+Cl2=CH2Cl2+HCl

⑸ 红磷在氧气中燃烧的反应

用500ml圆底烧瓶排水法收集满氧气(O2)。在带玻璃尖嘴管的胶塞上插入燃烧匙，燃烧匙内放少量红磷(P)。将燃烧匙放在酒精灯火焰上加热，待红磷燃烧后，迅速将燃烧匙伸入圆底烧瓶内，并将烧瓶口用胶塞塞紧(装置如图2)。等反应完成，烧瓶逐渐冷却后，将烧瓶倒置固定在铁架台上，玻璃管伸入盛有紫色石蕊试液的烧杯中。打开玻璃管上的止水夹，即可形成美丽的红色喷泉。反应方程式：

4P+5O2=(点燃)=2P2O5

图2

⑹ 氯化氢与氨气的反应

用500ml干燥的圆底烧瓶收集满氨气(NH3),瓶口用带玻璃尖嘴管的胶塞塞紧,玻璃管的另一端通过单孔胶塞插入盛有浓盐酸(HCl)的塑料瓶中(装置如图3)。打开玻璃管上的止水夹，用手挤控塑料瓶，使塑料瓶中的氯化氢气体通过玻璃尖嘴进入圆底烧瓶内与氨气接触，即可形成白色的喷烟。反应方程式：

NH3+HCl= NH4Cl

图3

⒉ 液态物质与固态物质反应生成气态物质的反应可设计成喷泉实验

⑴ 二氧化锰催化分解过氧化氢放出氧气的反应

图4

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(装置如图5)。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。反应方程式：

2H2O2=(MnO2)=2H2O+O2↑

⑵ 金属钠跟水的反应

图5

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(装置如图5)。反应方程式：

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑