循環(huán)往復的“噴泉”實驗的創(chuàng)新設計

雍世偉

（銅山區(qū)鄭集鎮(zhèn)中心中學　江蘇徐州　221143)

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循環(huán)往復的“噴泉”實驗的創(chuàng)新設計

雍世偉

（銅山區(qū)鄭集鎮(zhèn)中心中學江蘇徐州221143)

摘要：利用鋅粒與稀鹽酸反應產生的氫氣，將紅墨水通過玻璃管壓入塑料瓶中形成“噴泉”；由于在上下瓶子之間連接了一個“下水管”，因此壓入上瓶中的紅墨水能再流回下瓶中，形成循環(huán)往復。新設計的實驗，操作簡便，具有很強的趣味性和觀賞性。

關鍵詞：氫氣；噴泉實驗；循環(huán)往復

一、問題的提出

“噴泉”實驗是中學化學教學中的一個演示實驗，高一化學教材在講到氨的性質時，安排了“噴泉”實驗［1］。由于“噴泉”實驗的趣味性和觀賞性強，直觀效果好，一直受到廣大化學教師的青睞。如今在許多優(yōu)秀一線教師的改進下，已超越了教材中安排的“噴泉”實驗的范圍，演變成一系列的適合初中化學教學的“噴泉”實驗。但是縱觀這些“噴泉”實驗，都沒有克服兩個方面的問題：（1）發(fā)生的化學反應都是一次性的，下次使用前還需添加藥品，不能隨時發(fā)生隨時停止；（2）形成的“噴泉”都是一次性的，下次使用前還要把上瓶中的液體倒掉，還需在下瓶（或燒杯）中添加水等液體。這樣就給連續(xù)授課的教師帶來了不便，或者上課時學生進行演示實驗也只能進行一組。

于是，筆者經過反復的實踐和思考，對“噴泉”實驗進行了創(chuàng)新改進，設計了循環(huán)往復的“噴泉”實驗，有效克服了這兩個弊端。

二、最初的改進

筆者在最初的構思設計中，存在了以下幾個不足。

1.沒有設計玻璃彎管（如圖1所示)

只能稍微傾斜碳酸飲料瓶，使鋅粒和稀鹽酸接觸，但產生的壓強不夠，噴出的效果不好。這樣形成的“噴泉”不能算是真正的“噴泉”。

圖1　

2.沒有使用三通管（如圖2所示)

結果打開止水夾K2時，因為產生的氫氣沒有釋放出去，因此紅墨水并沒有流下來。

圖2　

3.上方的塑料瓶沒有去底，而是在瓶底打了幾個小孔（如圖3所示)

結果，許多的紅墨水溢出，桌面上都是紅墨水，且紅墨水越來越少，達不到循環(huán)往復的目的。

圖3　

三、成功的改進

1.實驗裝置（如圖4所示)

2.制作材料

儀器：塑料碳酸飲料瓶2個；錐形瓶1個；止水夾2個；橡皮塞3個（單孔1個、雙孔1個、三孔1個）；細長玻璃導管1支、彎玻璃導管2支、短導管2支；膠皮管4小段；T形三通管1個；拴著細線的紗網一個。

圖4　

藥品：鋅粒；稀鹽酸；紅墨水。

3.制作方法

（1）找1個錐形瓶，2個塑料碳酸飲料瓶，其中一個瓶子用剪刀剪掉底，把剪掉的部分反扣在瓶底部。

（2）根據瓶子的口徑大小，找相應的橡皮塞3個（單孔1個、雙孔1個、三孔1個）。

（3）根據玻璃導管的粗細，在橡皮塞上打孔，以利于玻璃管插入而不漏氣；用膠皮管連接各連接處導管和T形三通管，并加上兩個止水夾。

（4）把鋅粒放入紗網里，用細線拴住，旋緊橡皮塞，壓緊細線，確保鋅粒懸在瓶子的中上部。

4.使用方法

（1）連接好如圖4所示裝置，檢查氣密性：輕輕擠捏碳酸飲料瓶，細玻璃管中紅墨水上升，保持癟度不變，細玻璃管中的液柱不下降，表明裝置氣密性良好。

（2）倒入稀鹽酸約占碳酸飲料瓶子容積的1/4，將包有鋅粒的紗網懸在酸液的上方，不與酸液接觸。

（3）倒立碳酸飲料瓶，（保持玻璃彎管口向上），讓鋅粒與酸液接觸，產生氣泡，剪掉底的碳酸飲料瓶中出現“噴泉”。當液面即將達到細玻璃管頂端時，直立碳酸飲料瓶，反應停止。

（4）先打開止水夾K1，再打開止水夾K2，上方瓶中的紅墨水流回下方瓶中。

（5）關閉兩處的止水夾，再次倒立碳酸飲料瓶，反應再次發(fā)生，如此循環(huán)往復。

5.反應原理

倒立碳酸飲料瓶，鋅粒與稀鹽酸反應產生氫氣，瓶內壓強增大，把紅墨水沿細玻璃導管壓入上方碳酸飲料瓶中，形成“噴泉”。然后直立碳酸飲料瓶，打開止水夾K1釋放氫氣后，再打開止水夾K2，碳酸飲料瓶中的紅墨水流回錐形瓶中，如此循環(huán)往復?；瘜W反應方程式為：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑。

6.改進優(yōu)點

（1）反應可控：把鋅粒放在紗網里，懸在酸液上方。當瓶子倒立時，固液接觸，產生氣泡，反應發(fā)生；直立時，固液分離，反應停止。

（2）現象明顯：玻璃彎管的使用是本實驗的一大亮點。為了能夠產生更大的壓強，使現象更加明顯，富有觀賞性，需要讓稀鹽酸和鋅粒充分接觸反應，所以需把碳酸飲料瓶倒立。而玻璃彎管恰恰有效防止了稀鹽酸因為碳酸飲料瓶的倒立而進入三通管中，使實驗失敗。

（3）循環(huán)使用：當紅墨水進入細導管形成“噴泉”后，上方瓶子內的紅墨水越來越多，此時只需打開止水夾K1和K2，即可把上方瓶子中的紅墨水又重新流回下方瓶子中，可以循環(huán)使用。

（4）氣密性檢查操作簡單：連接好裝置后，只需輕輕擠捏塑料瓶，細玻璃管中紅墨水上升，保持癟度不變，細玻璃管中的液柱不下降，表明裝置氣密性良好。

（5）變廢為寶：使用的反應容器是丟棄的塑料飲料瓶，實現了廢物再利用，變廢為寶。

7.注意事項

當打開止水夾K1時，由于噴出的是氫氣，具有可燃性，所以要遠離火源，防止爆炸而發(fā)生危險。

8.實驗用途

本實驗主要用于在課堂上學生做演示實驗，激發(fā)學生的興趣和創(chuàng)新意識，可供多名學生演示使用；也可用于導入新課時教師演示使用。

四、實驗后記

該實驗設計集易操作性、趣味性、觀賞性于一身，在具體的課堂教學中發(fā)揮了很大的魅力，因此在2015年徐州市優(yōu)秀自制教具評選中獲得一等獎。當然，在鋅粒里也可適當添加1-2小片鎂條，可增大壓強；也可以用雙氧水和二氧化錳丸代替鋅粒和稀鹽酸，效果也不錯。作為化學一線教師，我們要不斷優(yōu)化和創(chuàng)新化學實驗，以培養(yǎng)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，從而為他們的后續(xù)學習打下良好的基礎。

參考文獻

［1］王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書化學必修1［M］.南京：江蘇教育出版社，2004：98

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.035

文章編號：1008-0546（2016）04-0092-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B