二氧化碳溶于氢氧化钠溶液的喷泉实验设计

摘要：根据氨的喷泉实验改进装置，探究设计二氧化碳与氢氧化钠的喷泉实验，激发学生的实验兴趣。

关键词：喷泉实验拓展；二氧化碳与氢氧化钠；趣味性实验

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）10-243-01

喷泉实验是高一化学中的一个趣味性实验，也是一个重要的实验，在实验教学中的地位举足轻重，富有探究意义。对喷泉实验进行深入的研究不仅有助于学生掌握多种气体的性质和反应,其原理的拓展和迁移还可以应用于有关装置的气密性检查、装置中液体的倒吸、排水集气和排水量气等实验操作和实验现象。设计喷泉实验之前必须了解喷泉实验的原理：通过物理学中的压强改变（主要是减少）使液体通过大气压强进入容器中形成的现象。

喷泉实验是课本叙述和演示的一个重要实验，也是高考常考内容，并且题型的设计屡有创新，难度也在变化中递增。我们通过实验操作、讨论、计算，不仅要了解溶于水的气体，由压强变化形成美丽的喷泉的定性认识，更要掌握气体和溶液、或气体和气体只要压强变化都能形成这一实验现象的本质。

深层思索：瓶内外压强的显著差异导致了喷泉现象。也就是说，喷泉是一种外在表现形式，显示的是瓶内外气体压强的差异。那么，是否可以通过其他外在形式来显示压强的变化呢?

一般要求气体溶解度较大（理论上1：1溶解即可，但实际要求较大）。可以通过增压使气体与水（或其它液体）接触后，也可通过减压直接将水（或其它液体）吸入。若是滴管引发的，则滴管中所能挤出的水的多少、气体溶解度大小、烧瓶体积大小、导管粗细、导管高度都可能成为喷泉实验成功与失败的关键。即挤入液体溶解完气体后形成相对压强减小程度、能使液柱上升的高度等都是实验成功的关键。一般来讲，烧瓶小些为好，导管细些、短些实验更容易成功。

这里列举一些能做喷泉实验的组合:

1、NH3、HCl、HBr、HI等这些在水中溶解度大的气体、NO2或V（NO2）：V（O2）为4：1的混合气体或V（NO）：V（O2）为4：3的混合气体，都可与水配组做喷泉实验；

2、CO2、SO2、H2S、H2 NO2、Cl2溶解度不大的等酸性气体不能与水配组形成喷泉，但可以与NaOH溶液配组形成喷泉，且NaOH溶液浓度越大，效果就越好；

3、有机气体与有机溶剂配组形成喷泉；

4、O2、N2、H2等不溶于水的气体，设计一定实验条件将其反应掉，也能形成喷泉。

5、液体是盐酸或硫酸时，NH3等碱性气体。

所以能做喷泉实验的组合有很多，总之能使气体大量溶解于水（溶液）中或能与溶液反应即可形成。由喷泉实验的启示，我们设计氢氧化钠跟二氧化碳反应的喷泉实验。

【反应原理】

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

【实验用品】

仪器：微型气体发生器、塑料多用滴管、微型集气瓶、带导管的单孔橡皮塞、T形管、100mL、烧杯胶皮管、橡皮塞、火柴、酒精灯

药品：稀盐酸（1:2）、石灰石（或大理石）、1mol/LNaOH溶液蓝色石蕊试纸

【实验装置】

【实验过程】

1、仪器组装

装置主要有发生装置和收集装置两部分组成：

从中间剪开一只塑料多用滴管，将一只玻璃导管塞进带有细径的一半，制成套有去底塑料多用滴管的玻璃管，将细径部分插入T形管内并用胶皮管连接密封好。按上图所示连接组装仪器。

2、检查装置的气密性

在微型集气瓶的瓶口塞紧一只橡皮塞，将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烧杯中。用手挤压胶头，导管口有气泡产生，松开手，导管内上升一小段水柱，过一会儿，液面不下降，说明装置不漏气，气密性良好。

3、制取并收集、检验二氧化碳

在微型气体发生器底部的凹坑内加入适量细小的石灰石，在塑料多用滴管内吸入稀盐酸，插入微型气体发生器的支管内，塑料多用滴管和支管之间用胶皮管密封连接。在微型集气瓶的瓶口塞一团棉花，挤压胶头，使稀盐酸进入微型气体发生器，开始反应并制取二氧化碳，用向上排气法在微型集气瓶内收集二氧化碳。过一会儿用燃着的木条检验二氧化碳。然后用湿润的蓝色石蕊试纸置于微型集气瓶口，半分钟后可以看到蓝色石蕊试纸变红。

4、二氧化碳溶与氢氧化钠溶液反应的喷泉实验

用橡皮塞塞紧微型集气瓶的瓶口，再制取少量二氧化碳，排除细径内的空气。然后再反复挤压几次胶头（滴管内少量的稀盐酸已经消耗完），促使二氧化碳被氢氧化钠吸收。一会儿，可以看到氢氧化钠溶液通过细径被吸进微型集气瓶中，形成喷泉。最后整个实验装置内都有大量液体。

【实验优点】：

1、装置简单，便于组装和操作。

2、可以自由的控制反应物的用量。

3、实验现象明显，趣味性十足。

本实验是在氨的喷泉实验的基础上进行的改进和和扩展，使学生知道喷泉实验不只是局限于用易溶的气体与液体来做。同时通过本实验的探究可以激发学生的学习兴趣，并且有助于培养学生的发散思维.让学生从实验中理解原理，并培养了自己的实验操作能力和科学研究的方法，懂得了实践出真知的辩证科学原理。

通过该实验的探究使学生知道了喷泉实验不只是局限于类似氨的溶于水的设计方案，比如本实验中互相反应的气体和溶液也可以完成喷泉实验的设计。类似的组合还有很多，学生可以根据喷泉实验的原理自主设计一些其他的喷泉组合。在完成实验探究的同时，能体验到实践活动中的乐趣，并能够提升自己的动手能力和丰富自己的科学视野，在科学探究的学习路上渐行渐远。

参考文献：

[1] 周之云.二氧化碳的制取及喷泉实验.教学仪器与实验，1993，(04)

[2] 汪自友.丰富多彩的喷泉实验.青苹果,2006(03)

[3] 廖旭杲.喷泉实验教学三部曲.化学教学,2002(07).