实验四 综合性实验及其教学研究

[键入文字]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：NH3HClHBrNO2CO2H2S选用这些气体的原因是是因为这些气体在水或碱性溶液中的溶解度很大，溶液被液体吸收形成压强差，气体容器内压强降低，外界大气压强把把液体压入气体容器内，在尖嘴出形成喷泉；2、为快速、简便地收集一瓶氨气（或氯化氢），较好的方法是把浓硫酸滴入浓氨水中，利用浓硫酸的吸水性加速氨气的挥发。或者将浓氨水滴入氢氧化钙或者氢氧化钠中利用反应NH++OH-⇌NH3·H2O⇌NH3↑+H2O（直接加热浓盐酸溶液）。3、氨气制备（1）实验原理：或者将浓氨水滴入氢氧化钙或者氢氧化钠中利用氢氧化钠溶于水放热并产生OH-反应向生成氨气方向进行NH++OH-⇌NH3·H2O⇌NH3↑+H2O(2)实验装置图四、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：方法把湿润的红色石蕊试纸放于烧瓶口现象红色石蕊试纸变蓝（4）实验过程：[键入文字]（1）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，并在两管两端分别装上胶塞待用；（2）取带孔塑料瓶，往其中加入自来水，滴加几滴无色酚酞溶液；（3）收集一烧瓶的氨气，马上将其与尖嘴玻璃管一段的胶塞相连，并将另一端与塑料瓶相连，用手指堵住小孔，将塑料瓶中的水挤入烧瓶后，松开手指，观察现象。（5）实验现象：烧瓶里的水从玻璃管进入烧瓶，形成喷泉，烧瓶内液体变红色。现象解释：喷泉形成是由于水从玻璃管进入烧瓶，气体溶于水后，导致烧瓶内的压强骤减，与外界大气压强产生很大的压强差所致，气体体积迅速减小是导致压强骤减的直接原因，烧瓶内的液体呈红色是因为氨气溶解在水里呈碱性，所以是酚酞变红。（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、含有无色酚酞的自来水，滴入紫色石蕊的自来水等溶液形成喷泉。（二）生烟实验(雾里看花)实验原理：利用氨气和氯化氢气体反应生成白色的氯化铵固体。实验装置图：实验过程：（1）收集氨气（2）组装装置（3）加热浓盐酸实验现象及其解释：圆底烧瓶中有白色烟雾生成，烟雾先是成一直线状从导管口往上升，然后逐渐在烧瓶中扩散弥漫。这是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。实验装置图：实验过程：（略写）（1）收集氨气（2）组装装置[键入文字]（3）加热浓盐酸（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，接着塑料瓶中的水从玻璃管进入烧瓶，形成红色喷泉，烧瓶内液体呈红色，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。（四）变色喷泉系列实验（选做）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？根据喷泉实验原理，对有气体参加反应后气体体积减小的一类反应均可设计喷泉实验。一、.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[键入文字]二、二氧化氮的喷泉实验（一）实验原理1.常温下，铁粉和浓硝酸反应生成棕黄色的Fe(NO3)3溶液和红棕色的NO2气体，反应式为：Fe+6HNO3(浓)=Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O2.浓的NaOH溶液能快速吸收NO2气体，反应式为：2NO2+2NaOH=NaNO3+NaNO2+H2O3.NO2气体、Fe(NO3)3溶液都具有强氧化性，KI具有强还原性。当NO2气体、Fe(NO3)3分别与淀粉-KI溶液接触时，迅速反应生成I2，继而使淀粉溶液变蓝。其反应式为：2NO2+2KI=2KNO2+I2；2Fe3+＋2I-=2Fe2+＋I24.用铁粉和浓硝酸反应生成NO2气体，在1号烧瓶中收集NO2气体，用注射器中的NaOH溶液吸收NO2气体，使烧瓶内外产生压强差，然后通过控制止水夹a和b，以及更换烧杯内的淀粉-KI溶液从而产生不同颜色的喷泉。（二）实验步骤1.气体的制备2.气体的收集3.组装装置(三)NO2的六种喷泉实验（1）蓝色喷泉Ⅰ①关闭b、c，快速推压注射器，使NaOH溶液充分吸收NO2气体。烧瓶中气体红棕色逐渐消失，生成白雾。②待烧瓶中气体颜色变得很浅时，打开b。烧杯中的蓝色溶液上升，在1号烧瓶中产生美丽的蓝色喷泉。（2）蓝色喷泉Ⅱ[键入文字]①把盛有蓝色溶液的烧杯换为盛有200mL无色淀粉-KI溶液的烧杯。②关闭b、c，快速推压注射器，待烧瓶中仍有NO2气体剩余时，打开b。烧杯内无色的淀粉-碘化钾溶液进入烧瓶中，产生蓝色喷泉。（3）棕黄色喷泉①同2（1）①②向分液漏斗加水，稀释Fe(NO3)3溶液，打开a。烧瓶中产生棕黄色喷泉。（4）棕黄色-蓝色喷泉Ⅰ①同2（1）①②加水稀释Fe(NO3)3溶液，打开a，烧瓶中产生棕黄色喷泉。持续约1~2秒后，立刻关闭a，棕黄色喷泉消失，打开b，烧杯中的蓝色溶液上升，接着产生蓝色喷泉。（5）棕黄色-蓝色喷泉Ⅱ①同2（2）①②同2（1）①③加水稀释Fe(NO3)3溶液，打开a，烧瓶中产生棕黄色喷泉1~2秒后，关闭a，打开b，烧杯中无色淀粉-KI溶液进入烧瓶中，产生蓝色喷泉。（6）蓝色-棕黄色喷泉①同2（1）①②加水稀释Fe(NO3)3溶液，打开b，烧瓶中产生蓝色喷泉，持续1~2秒后，立刻关闭b，蓝色喷泉消失，打开a，产生棕黄色喷泉。补充：①此喷泉实验与传统的用易溶于水的氨气以及氯化氢气体做的实验中更多了实验中颜色的变化，避免了使用酸碱指示剂的定势思维。各种彩色喷泉实验增强了实验的趣味性②此反应中实验原理涉及很多关于硝酸、二氧化氮、一氧化氮等是氧化还原的性质，通过实验可以更好的帮助学生掌握理论，巩固知识。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？实验成败的关键是气密性。整个实验装置要求气密性良好，不漏气，这是气体实验的基本要求。收集氨气的圆底烧瓶必须绝对干燥，这是因为氨气极易溶于水，不干燥的烧瓶会由于氨气的溶解使实验难以成功。烧瓶中的氨气必须充满并随用随制，玻璃尖嘴的孔要大小合适，太大喷出来的水慢不利于形成喷泉，太小喷出来的水太急，喷泉现象不明显。[键入文字]实验感悟：1.喷泉实验是一个非常有趣的实验卜3],本实验中包含的一些知识是创新教育好题材。同时,喷泉现象的形成条件、失败原因及计算,也是我们进行研究性学习的好内容。本实验具有安全性、科学性、趣味性、启发性、可变性和实践性等特点。2.此实验室中学教学的特色实验，此实验教材也作为以后教学材料。六、思考题1.如图1装置所示，矿泉水瓶中装有NaOH溶液，圆底烧瓶里面充满一下集中气体，请分别判断能否产生喷泉实验现象并说明理由。烧瓶中的气体能否产生喷泉理由CO2能CO2+2NaOH=Na2CO3+H2OSO2能SO2+2NaOH=Na2SO3+H2OCl2能Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2OO2不能氧气难溶于NaOH溶液，且不与其反应。H2S能H2S+2NaOH=Na2S+H2O能大量的与氢氧化钠反应的气体，使得烧瓶反应前后形成压强差，气体容器内压强降低，外界大气压把液体压入烧瓶中，在尖嘴处形成喷泉。2.如图2装置，矿泉水瓶中中装有NaOH溶液，先提供上述5中气体(CO2SO2Cl2O2H2S)当A.B是什么气体是，打开止水夹，圆底烧瓶中除了能产生喷泉，还有新现象产生列出可能的气体并说明理由（解释说明）1.SO2Cl2Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4，所以除了有喷泉生成以外，首先A.B，气体混合时，先产生白雾氯化氢气体。2.O2H2SO2+2H2S=2S+2H2O，A.B气体混合时，首先烧瓶内有黄色固体产生，打[键入文字]开止水夹后，有喷泉生成。3.Cl2H2SCl2+H2S=S+2HCl，A.B气体混合以后，首先由黄色固体生成，烧瓶内还有白雾生成，打开止水夹之后，有喷泉产生。七、参考文献[1]肖常磊,钱杨义.中学化学实验教学论.北京:化学工业出版社,2007,9[2]北京师范大学教研室.无机化学实验(第二版)IM].北京:高等教育出版社,199.5[3]刘晓兰.喷泉实验的创新变换[J].零陵学院学报,2004,25(6):138-139.DOI:10.3969/j.issn.1673-2219.2004.06.043.