1、16 喷泉实验的操作原理及拓展应用1喷泉实验的原理使烧瓶内外在短时间内产生较大的压强差，利用大气压将烧杯中的液体压入烧瓶内，在尖嘴导管口形成喷泉。2形成喷泉的类型气体 HCl NH3CO2、Cl 2、SO2、H 2S NO2NO、O 2、(43)NO2、O 2(41)吸收剂 水、NaOH 溶液 水 NaOH 溶液 水 水 水3.喷泉实验的发散装置及操作方法以教材中的装置(发散源)可设计如图所示的多种不同的装置和采用不同的操作(如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体等)来形成喷泉。设计说明：(1)装置()改变了胶头滴管的位置，胶头滴管挤入少量水于试剂瓶中，即可使少量溶液沿导管进入烧瓶中，导致大量的
2、 NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。(2)装置()省去了胶头滴管，用手(或热毛巾等)捂热烧瓶，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉(或用浸冰水的毛巾“冷敷”烧瓶，使水进入烧瓶中，瓶内氨气溶于水，烧瓶内形成负压而产生喷泉)。(3)装置()在水槽中加入能使水温升高的物质致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。(4)装置()向导管中通入一定量的 H2S 和 SO2，现象为有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH 溶液上喷形成喷泉。2(5)装置()打开处的止水夹并向烧瓶中缓慢通入等体积的 HCl 气体后关闭该止水夹，等充分反应后再打开处的止水夹
3、，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。(6)装置()中，挤压胶头滴管，然后打开导管上部的两个活塞，则在右面烧瓶出现喷烟现象，再打开导管下部活塞，则可产生双喷泉。4喷泉实验产物的浓度计算关键是确定所得溶液中溶质的物质的量和溶液的体积，标准状况下的气体进行喷泉实验后物质的量浓度：(1)HCl、NH 3、NO 2气体或它们与其他不溶于水的气体混合时，溶质的物质量浓度为molL1 。122.4(2)当是 NO2和 O2的混合气体且体积比为 41 时， c(HNO3) molL1 。1281如图是实验室进行氨溶于水的喷泉实验装置，下列叙述不正确的是( )A该实验说明氨气是一种极易溶于水的气体B进入烧瓶中的液
4、体颜色由无色变为红色，说明氨水呈碱性C形成喷泉的原因是氨气溶于水后，烧瓶内的气压小于大气压D用氯气代替氨气，利用此装置也可进行喷泉实验解析：选 D。Cl 2在水中的溶解度小，不能形成喷泉。2如图所示的装置中，干燥烧瓶内盛有某种气体，烧杯和滴管内盛放某种溶液。挤压滴管的胶头，下列与实验事实不相符的是( )ACO 2(NaHCO3溶液)/无色喷泉BNH 3(H2O 中含酚酞)/红色喷泉CH 2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉DHCl(AgNO 3溶液)/白色喷泉解析：选 A。CO 2在 NaHCO3溶液中的溶解度很小，因此不能形成喷泉；NH 3极易溶于水3生成 NH3H2O，NH 3H2O 发生电离
5、生成 OH ，使酚酞显红色；H 2S 和 CuSO4 溶液反应生成CuS 黑色沉淀；HCl 极易溶于水，且和 AgNO 3 发生反应生成白色沉淀。3.中学实验中，通常利用如图所示的装置进行喷泉实验，来验证气体的溶解性，下列有关说法不正确的是( )A用胶头滴管加入液体后，由于气体的溶解，使瓶内压强减小，导致瓶内压强小于外界压强，从而形成喷泉B选用合适的溶液，CO 2也能用于做喷泉实验CHCl、NH 3和 SO2均能用该装置做喷泉实验D用 NO2和 N2O4的混合气体做喷泉实验，烧瓶中将充满稀硝酸解析：选 D。本题综合考查了喷泉实验的原理，即由于气体溶于水或某种溶液，导致烧瓶内的压强迅速减小，与外
6、界产生足够的压强差，从而形成喷泉，A 正确；CO 2能与 NaOH等强碱溶液反应，从而被吸收，也能与外界产生很大的压强差，故能形成喷泉，B 正确；NH3和 HCl 属于极易溶于水的气体，SO 2可以与 NaOH 溶液等反应，故均能形成喷泉，C 正确；NO2和 N2O4与水反应后有 NO 生成，故液体不能充满烧瓶，D 错误。4如图是某课外活动小组的同学设计的 4 个喷泉实验方案。下列有关操作不可能引发喷泉现象的是( )A挤压装置的胶头滴管使 CCl4全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹B挤压装置的胶头滴管使 NaOH 溶液全部进入烧瓶，片刻后打开止水夹C用鼓气装置从装置的 a 处不断鼓入空气并打开止水
7、夹D向装置的水槽中慢慢加入足量浓硫酸并打开止水夹解析：选 B。氯气易溶于有机溶剂四氯化碳，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉；氢气不溶于水，也不会和氢氧化钠反应，所以烧瓶中的气体压强不会有明显的变化，故不能形成喷泉；用鼓气装置从装置的 a 处不断鼓入空气，使锥形瓶中液体进入烧瓶中，氨气极易溶于水，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉；浓硫酸溶于水时放热，使4得浓氨水受热分解产生氨气，和氯化氢气体反应，烧瓶中的气体压强就会减小，故能形成喷泉。5.如图为化学教学中所用的喷泉实验装置。某同学用烧瓶中盛不同成分的气体进行喷泉实验，请帮助分析实验后烧瓶中所得溶液的浓度。(假设是在标准状况下完成实验
8、，且溶质不扩散)(1)若用 HCl 气体，则 c(HCl)_。(2)若用 NO2气体，则 c(HNO3)_。(3)若用 n(NO2) n(O2)41 的混合气体，则 c(HNO3)_。(4)若用 n(NO2) n(O2)21 的混合气体，则 c(HNO3)_。解析：设烧瓶的容积为 V L，则气体的物质的量均为 mol。V22.4(1)若是 HCl 气体，喷泉后，溶液充满烧瓶，则溶液的体积为 V L， c(HCl) molL1 。V22.4 molV L 122.4(2)若为 NO2，喷泉后，溶质为 HNO3，3NO2H 2O=2HNO3NOmol molV22.4 23 V22.4则喷泉后溶液
9、的体积为 V L，23c(HNO3) molL1 。23V22.4 mol23V L 122.4(3)若为 n(NO2) n(O2)41 的混合气体，n(NO2) mol，45 V22.44NO2O 22H 2O=4HNO3 mol mol45 V22.4 45 V22.45喷泉后，溶质为 HNO3，溶液充满烧瓶，则 c(HNO3) 45V22.4 molV L 45 122.4molL1 molL1 。128(4)若为 n(NO2) n(O2)21，则反应剩余 的氧气，溶液充至烧瓶的 ，溶质为16 56HNO3，计算方法同(3)， c(HNO3) molL1 。128答案：(1) molL1
10、 (2) molL1122.4 122.4(3) molL1 (4) molL1128 128一、选择题1四支试管中分别充满 NO、SO 2、NO 2、Cl 2中的一种，把它们分别倒立于盛有水的水槽中，充分放置后的现象如下图所示。其中原试管充满 NO2的是( )解析：选 B。根据 3NO2H 2O=2HNO3NO，剩余气体是反应前的 ，对应 B 项；NO 难13溶于水，对应 D 项；SO 2在水中的溶解度为 1 体积水溶解 40 体积 SO2，对应 A 项；Cl 2对应C 项。2如图所示：烧瓶中充满了干燥气体 a，将滴管中的液体 b 挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹 f，烧杯中的液体
11、c 呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则 a 和 c 分别是( )选项 a(干燥气体) c(液体)A NO2 水B CO2 4 molL1 盐酸C Cl2 饱和 NaCl 溶液D NH3 1 molL1 盐酸解析：选 D。A 项，3NO 2H 2O=2HNO3NO，能形成喷泉，但水不能充满烧瓶；B 项，CO2不能溶于盐酸，不能形成喷泉；C 项，Cl 2不溶于饱和 NaCl 溶液，不能形成喷泉。3如图所示，锥形瓶内盛有气体 X，滴管内盛有液体 Y，若挤压滴管胶头，使液体 Y滴入瓶中，振荡，一会儿可见小气球 a 鼓起。气体 X 和液体 Y 不可能是( )6AX 是 HCl，Y 是饱和食盐水BX 是
12、CO2，Y 是稀硫酸CX 是 SO2，Y 是 NaOH 溶液DX 是 NH3，Y 是 NaNO3溶液解析：选 B。当滴入的液体 Y 将锥形瓶中的气体 X 溶解或发生反应后，使锥形瓶中的压强减小，大气压通过导管将空气压入小气球 a，使它鼓起来。CO 2不溶于稀硫酸也不与其反应，所以不可能是 B 项，其他选项均可使小气球 a 鼓起。二、非选择题4NH 3及铵盐都是重要的化工原料。(1)用 NH4Cl 和 Ca(OH)2制备 NH3，反应发生、气体收集和尾气处理装置依次为_。A B C D E F G H(2)按如图装置进行 NH3性质实验。先打开旋塞 1，B 瓶中的现象是_，原因是_，稳定后，关闭
13、旋塞 1。再打开旋塞 2，B 瓶中的现象是_。解析：(1)制备氨气时，加热固体的试管口应略向下倾斜，所以制备装置应选取装置A；氨气的密度比空气的小，因此应用向下排空气法收集，所以收集装置应选取装置 C；氨气极易溶于水，应防止发生倒吸，因此尾气处理装置应选取装置 G。(2)A 瓶的压强大于 B 瓶，因此当打开旋塞 1 时，A 瓶中的氯化氢进入 B 瓶中，与氨气反应生成氯化铵，可以看到 B 瓶中有白烟生成。由于氯化氢和氨气反应导致 B 瓶中的压强降低，且 B 瓶中的氯化氢相对过量，因此当打开旋塞 2 时，石蕊水溶液会被倒吸入 B 瓶中，遇氯化氢溶液变红色。答案：(1)A、C、G7(2)有白烟生成
14、A 瓶中的氯化氢移动到 B 瓶中，与 B 瓶中的氨气反应生成氯化铵，能看到白烟 石蕊水溶液进入 B 瓶中，溶液的颜色变红5喷泉是一种常见的自然现象，其产生的原因是存在压强差。(1)制取氨气并完成喷泉实验(图中夹持装置均已略去)。用图 1 装置进行喷泉实验，上部烧瓶已装满干燥氨气，引发水上喷的操作是_。该实验的原理是_。如果只提供如图 2 的装置，请说明引发喷泉的方法：_。(2)利用图 3 装置，在锥形瓶中分别加入足量的下列物质，反应后可能产生喷泉的是_。ACu 与稀盐酸BNaHCO 3与 NaOH 溶液CCaCO 3与稀硫酸DNH 4HCO3与稀盐酸(3)在图 3 锥形瓶中加入酒精，瓶外放一水
15、槽，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，结果也产生了喷泉。水槽中加入的物质可以是_。A浓硫酸 B食盐C硝酸钾 D硫酸铜(4)从产生喷泉的原理分析，图 1、2 是_上部烧瓶内的压强，图 3 是_下部锥形瓶内气体的压强(均填“增大”或“减小”)。人造喷泉及火山喷发的原理与上述装置图_原理相似。解析：本题主要考查了喷泉形成的基本原理，即圆底烧瓶内与烧杯(或锥形瓶)液面外产生压强差。(1)图 1 引发喷泉，只需打开止水夹，挤压胶头滴管即可。图 2 则需先打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶，发现有气泡冒出后，移去热毛巾即可。(2)能在锥形瓶内反应产生气体，使压强大于圆底烧瓶内压强方可，故应选 NH4H
16、CO3和盐酸，其他要么不反应，要么反应不生成气体或产生气体很少，故不能形成喷泉。(3)浓硫酸溶于水放出大量热，使瓶内酒精汽化也会形成喷泉。(4)图 1、2 导致上部压强减小，图 3 导致下部压强增大，人造喷泉及火山喷发均与图 3 原理相似。答案：(1)打开止水夹，挤压胶头滴管，使少量水进入烧瓶 部分 NH3溶于少量水中，8使圆底烧瓶内压强减小，烧杯内水喷入圆底烧瓶打开止水夹，用热毛巾捂住圆底烧瓶至有气泡从水中冒出，移去热毛巾(2)D (3)A (4)减小 增大 36利用如图所示的装置，可以验证 NH3和 HCl 的有关性质。实验前 a、b、c 活塞均关闭。(1)若要在烧瓶中产生“喷泉”现象，烧
17、瓶中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_。(2)若先打开 a、c 活塞，再挤压胶头滴管，在烧瓶中可观察到的现象是_。(3)通过挤压胶头滴管和控制活塞的开关，在烧瓶中产生“喷泉”现象，烧瓶中不产生“喷泉”现象，其操作方法是_。若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是_。解析：(1)打开 a、b 活塞，再将胶头滴管中的水挤入烧瓶中，由于 NH3极易溶于水，使烧瓶内气体压强迅速减小，烧杯中的水迅速进入烧瓶中，形成喷泉。(2)先打开 a、c活塞，再将胶头滴管中的水挤入烧瓶中，烧瓶中的气压迅速减小，烧瓶中的 HCl 气体会流向烧瓶中，且与 NH3化合生成 NH4Cl 而产生白烟。(3)在(2)基础上，若关闭 a 活塞，打开 b 活塞，烧杯中的水会迅速进入烧瓶中，形成喷泉；若打开 b 活塞，不关闭 a活塞，烧瓶中的水便会同时进入烧瓶和中，形成双喷泉。答案：(1)先打开 a、b 活塞，再挤压胶头滴管(或先挤压胶头滴管，再打开 a、b 活塞)(2)烧瓶中导管口处产生白烟(3)先打开 a、c 活塞，再挤压胶头滴管(或先打开 a 活塞，挤压胶头滴管，再打开 c 活塞)，片刻后，关闭 a 活塞，然后打开 b 活塞 先打开 a、c 活塞，再挤压胶头滴管(或先打开 a 活塞，挤压胶头滴管，再打开 c 活塞)，片刻后，打开 b 活塞
