噴泉實(shí)驗(yàn)具有趣味性、效果性、探究性和綜合性，是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，也是歷年高考試題中的熱點(diǎn)，題型的設(shè)計(jì)屢有創(chuàng)新。本文就噴泉實(shí)驗(yàn)的形成原理和試題考查方式進(jìn)行歸納分析。

一、探究噴泉實(shí)驗(yàn)的形成原理

掌握“噴泉實(shí)驗(yàn)”形成原理，需要搞清楚：是否只有水溶性很大的氣體才能做噴泉實(shí)驗(yàn)？多大溶解度的氣體才能做好噴泉實(shí)驗(yàn)？

（一）氨氣溶于水的噴泉實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)原理

使燒瓶?jī)?nèi)外在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的壓強(qiáng)差，利用大氣壓將燒瓶下面燒杯中的液體壓入燒瓶?jī)?nèi)，在尖嘴導(dǎo)管口形成噴泉。

2、實(shí)驗(yàn)步驟：

（１）組裝裝置

（２）收集一瓶氨氣

（３）擠壓膠頭滴管，使滴管中的部分水進(jìn)入燒瓶?jī)?nèi)

（４）放開夾子

3、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

燒杯中的水順著導(dǎo)管被壓出，從導(dǎo)管中噴出時(shí)，形成紅色噴泉。實(shí)驗(yàn)分析：膠頭滴管中的部分水進(jìn)入燒瓶中，使圓底燒瓶中的氨氣溶于水（造成燒瓶?jī)?nèi)氨氣的密度降低）從而引起壓強(qiáng)減小，所以燒瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)和外壓強(qiáng)出現(xiàn)壓強(qiáng)差，壓強(qiáng)差把水從導(dǎo)管中壓上來，原本已滴有酚酞試液的水在噴出時(shí)遇氨氣反應(yīng)（NH₃+H₂O=NH₃·H₂O）生成堿性溶液，所以呈紅色。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

綜上所觀，形成噴泉的著重點(diǎn)在于氣體在溶液中的溶解性，氣體在溶液中溶解性的強(qiáng)弱決定著壓強(qiáng)差的大小，而壓強(qiáng)差則直接影響著實(shí)驗(yàn)的成敗。因此，用于實(shí)驗(yàn)的氣體應(yīng)在該用于實(shí)驗(yàn)的溶液中有較強(qiáng)的溶解。

（二）改變壓強(qiáng)差的兩種方法

1、減小容器內(nèi)壓強(qiáng)

(1)容器內(nèi)氣體極易溶于水，像氨氣、氯化氫；

(2)容器內(nèi)氣體極易與溶液中的溶質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被吸收，如CO₂與NaOH。

2、增大容器內(nèi)壓強(qiáng)

(1)容器內(nèi)液體由于受熱揮發(fā)（如濃鹽酸、濃氨水、酒精等）；

(2)由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生大量氣體，壓強(qiáng)增大，形成噴泉！

例如噴霧器、人造噴泉等就利用了此種方法。

“噴泉現(xiàn)象與化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的倒吸現(xiàn)象實(shí)質(zhì)是相同的，即噴泉的形成相當(dāng)于倒吸的發(fā)生，噴泉的失敗相當(dāng)于倒吸的避免?！?/p>

（三）形成噴泉的組合:

(1)常溫常壓下），NH₃、HCl、SO₂、NO₂與水組合能形成噴泉。

(2)酸性氣體與NaOH(aq)組合能形成噴泉，例如CO₂與NaOH，SO₂與NaOH等。

(3)有機(jī)氣體與有機(jī)溶劑組合也能形成噴泉。

例題1、在下圖裝置中，燒瓶中充滿干燥氣體a，將滴管中的液體b擠入燒瓶?jī)?nèi)，輕輕振蕩燒瓶，然后打開彈簧夾f，燒杯中的液體b呈噴泉狀噴出，最終幾乎充滿燒瓶。則a和b 分別是

解析：A項(xiàng)燒杯中的液體能上升至2/3處，不能充滿整個(gè)燒瓶；B項(xiàng)的二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)，CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O，能夠形成足夠的壓強(qiáng)差，使液體充滿整個(gè)燒瓶，正確；C項(xiàng)不行，因?yàn)镃l2在飽和食鹽水中的溶解度很小，幾乎不溶，不能形成足夠的壓強(qiáng)差；D項(xiàng)頁可行，原理同B項(xiàng)，正確。

答案：B、D

例題2、在做氯化氫的噴泉實(shí)驗(yàn)時(shí)，假設(shè)實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的燒瓶容積為250mL，玻璃管長(zhǎng)為35cm，膠頭滴管內(nèi)能擠出約為0.5mL的水，則在0.5mL水中要溶解多少體積的氣體，水才能從尖嘴導(dǎo)管中噴出呢？（假設(shè)大氣壓強(qiáng)為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）

解析：要使水通過玻璃管噴入燒瓶形成噴泉，瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)差必須超過一個(gè)特定的值，我們研究玻璃管中的一段水柱，這段水柱受到瓶?jī)?nèi)氣體壓力pS、重力mg及向上的大氣形成的壓力p₀S。要使水柱噴入瓶?jī)?nèi)，要求：p₀S＞pS＋mg。式中p₀＝ρgh，要以水柱計(jì)算，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于10.34m水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。題中給出h為0.35m。從而算出燒瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)要求小于9.99m水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，減少的壓強(qiáng)要求大于0.35m水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。根據(jù)氣態(tài)方程（pV=nRT）可以求出，壓強(qiáng)為0.35m水柱高、體積為250mL的氣體，當(dāng)壓強(qiáng)改變?yōu)?個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（即10.34m水柱形成的壓強(qiáng)）的體積V的大小為8.50mL。

因而，當(dāng)?shù)喂軆?nèi)0.5mL的水?dāng)D壓入燒瓶后，如能溶解1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下8.50mL的以上的氨氣，即有噴泉現(xiàn)象發(fā)生。故要求氣體的溶解度大于17（8.50/0.5）。

拓展：由本題給出的燒瓶數(shù)據(jù)不難得到除氨氣外，HBr、HCl、SO₂等氣體的溶解度均大于17，均能形成美麗的噴泉。

二、噴泉實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵

①盛氣體的燒瓶必須干燥，否則甁中有液體，會(huì)使瓶口留下空氣，形成的噴泉壓力不大（噴泉”無力”）；②氣體要充滿燒瓶；

③燒瓶不能漏氣（實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先檢查裝置的氣密性）；

④所用氣體能大量溶于所用液體或氣體與液體快速反應(yīng)。

例題、(1)判斷下列幾種氣體（括號(hào)內(nèi)為溶劑或反應(yīng)物溶液），按如圖裝置加入，能看到噴泉現(xiàn)象的是

A、HCl（H₂O） B、CO₂（H₂O） C、SO₂（NaOH溶液）D、NH₃（汽油）

(2)(1)題中能形成噴泉的原因是_______________________________________。

(3)某學(xué)生試圖用氨氣和水去做噴泉實(shí)驗(yàn)，結(jié)果實(shí)驗(yàn)失敗，試分析實(shí)驗(yàn)失敗可能的原因。

解析：

(1)此題起點(diǎn)低，從課本知識(shí)點(diǎn)入手須深入理解噴泉實(shí)驗(yàn)的原理，再進(jìn)行類比遷移。具體思路為：HCl和NH₃極易溶于水形成噴泉，再把概念外延，氣體極易溶于某一溶劑或溶液便形成噴泉，選A、C。

(2)形成噴泉要知其所以然，該小題的能力要求顯然高于（1）小題。氣體極易溶解（如有少量水進(jìn)入后能溶解大量氣體）。導(dǎo)管容器內(nèi)氣體物質(zhì)的量減小，容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，容器內(nèi)外產(chǎn)生較大壓強(qiáng)差，從而形成噴泉。

(3)實(shí)驗(yàn)失敗原因的分析則需要學(xué)生大膽假設(shè)，在理解基礎(chǔ)上需進(jìn)行創(chuàng)新。其實(shí)驗(yàn)失敗可能的原因有：制備氨氣時(shí)燒瓶潮濕；裝置漏氣；滴入燒瓶里的水太少，導(dǎo)管又偏長(zhǎng)；或氨氣中混入了空氣等。

答案：（1）AC

（2）氣體極易溶解，導(dǎo)致容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，致使容器內(nèi)外產(chǎn)生較大壓強(qiáng)差，從而形成噴泉

（3）制備氨氣時(shí)燒瓶潮濕；裝置漏氣；滴入燒瓶里的水太少，導(dǎo)管又偏長(zhǎng)；氨氣中混入了空氣等。

三、形成噴泉的方式

1、用“增大壓強(qiáng)”的方式形成噴泉

當(dāng)液柱兩端受到氣體的壓強(qiáng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，不會(huì)形成噴泉。但當(dāng)增大液體進(jìn)入口端氣體的壓強(qiáng)時(shí)，可以破壞液柱的平衡，使液柱發(fā)生運(yùn)動(dòng)而形成噴泉。在體積一定的情況下，要增大氣體壓強(qiáng)，可以采用升溫的方法或增加氣體的分子數(shù)方法。升溫可以用熱水澆注或用手或熱毛巾等將燒瓶捂熱(物理方法),也可以用放熱反應(yīng)放熱升溫（化學(xué)方法）；增加氣體的分子數(shù)可以用打氣機(jī)打入部分氣體或使液體蒸發(fā)(物理方法)，也可以用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體而增加氣體的分子數(shù)（化學(xué)方法）。

2、用“減小壓強(qiáng)”的方式形成噴泉

當(dāng)液柱兩端受到氣體的壓強(qiáng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，不會(huì)形成噴泉。但當(dāng)減小噴出端氣體的壓強(qiáng)時(shí)，可以破壞液柱的平衡，使液柱發(fā)生運(yùn)動(dòng)而形成噴泉。在體積一定的情況下，要減小氣體壓強(qiáng)，可以采用降溫的方法或減少氣體的分子數(shù)方法。降溫可以用冷水澆注(物理方法),也可以用吸熱反應(yīng)吸熱降溫（化學(xué)方法）；減少氣體的分子數(shù)可以用抽氣機(jī)抽出部分氣體(物理方法)，也可以讓氣體大量溶解于液體之中而減少氣體的分子數(shù)（化學(xué)方或物理方法）。

例題1、噴泉實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)的一個(gè)重要性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，也是一種自然現(xiàn)象。其產(chǎn)生原因是存在壓強(qiáng)差。試根據(jù)附圖，回答下列問題：

(1)在圖乙的錐形瓶中，分別加入足量的下列物質(zhì)，反應(yīng)后可能產(chǎn)生噴泉的是

A．Cu與稀鹽酸

B．NaHCO_３與NaOH溶液

C．CaCO_３與稀硫酸

D．NH_４HCO_３與稀鹽酸

(2)在圖乙的錐形瓶外放一水槽，錐形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物質(zhì)，結(jié)果也產(chǎn)生了噴泉。水槽中加入的物質(zhì)不可能是A．濃硫酸 B．生石灰

C．硝酸銨 D．燒堿

(3)城市中常見的人造噴泉及火山爆發(fā)的原理與上述________裝置的原理相似。(4)如果只提供如圖丙的裝置，引發(fā)噴泉的方法是______________。

解析：

(1)題設(shè)的四個(gè)選項(xiàng)，既是對(duì)常見氣體的制備方法的一個(gè)概括，又是對(duì)形成噴泉原理的一個(gè)深化，答案選D。

(2)濃硫酸、生石灰、燒堿溶于水時(shí)，放出大量的熱，溫度升高，酒精揮發(fā)加快，錐形瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大，從而形成噴泉，而硝酸銨溶于水時(shí)，吸收大量的熱。故答案為C。

(3)圖甲裝置是因?yàn)樯喜繜績(jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)突然減小而產(chǎn)生壓強(qiáng)差形成噴泉；圖乙裝置恰恰相反，是因?yàn)橄虏垮F形瓶氣體壓強(qiáng)增大而產(chǎn)生壓強(qiáng)差形成噴泉。并將視角轉(zhuǎn)向生活與自然進(jìn)行聯(lián)想和比較。故答案為乙。

(4) 方法一、打開止水夾，用手(或熱毛巾等)將燒瓶捂熱，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導(dǎo)管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸，即發(fā)生噴泉；方法二、燒瓶上覆蓋冷毛巾或淋灑冷水，使燒瓶?jī)?nèi)溫度降低，壓強(qiáng)減小，從而引發(fā)噴泉；方法三、在燒瓶上涂抹無水乙醇，由于乙醇揮發(fā)帶走熱量使燒瓶?jī)?nèi)溫度降低，壓強(qiáng)減小，引發(fā)噴泉。

四、總結(jié)噴泉實(shí)驗(yàn)后濃度的計(jì)算

噴泉實(shí)驗(yàn)所得溶液物質(zhì)的量濃度的計(jì)算是近年高考中出現(xiàn)的一種小類型題，很有特點(diǎn)。本文把這種計(jì)算的類型和解法總結(jié)如下

1、氣體是溶質(zhì)：如用HCl、HBr、HI、ＮＨ_３等和水進(jìn)行的噴泉實(shí)驗(yàn)。

2、氣體不是溶質(zhì)：如用ＮＯ_２和水、ＮＯ_２和Ｏ_２的混合氣體和水進(jìn)行的噴泉實(shí)驗(yàn)。

例題1、標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在兩個(gè)干燥的圓底燒瓶中分別充滿：①純凈的NH_３，②混有少量空氣的HCl純凈的NH_３，③純凈的NO_２，試求所得溶液的濃度。

解析：①設(shè)燒瓶的體積為VL，則充滿NH₃后氣體的物質(zhì)的量為V/22.4mol。發(fā)生噴泉現(xiàn)象后，燒瓶將充滿溶有NH₃的溶液，即溶液的體積為VL，所以燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度為1/22.4mol/L。氣體或主要?dú)怏w是所得溶液的溶質(zhì)；②燒瓶中有多少體積的溶質(zhì)氣體，就能得到多少體積的溶液，即V(溶質(zhì)氣體)＝V(溶液)，而與雜質(zhì)氣體無關(guān)。則所得溶液的濃度分別為： 22.4mol·L^-1。③設(shè)燒瓶的體積為VL，則充滿NO₂后氣體的物質(zhì)的量為V/22.4mol。發(fā)生如下反應(yīng)：3NO₂+2H₂O=2HNO₃+NO，反應(yīng)后生成HNO₃的物質(zhì)的量為2/3×V/22.4mol。由于剩余1/3VL NO氣體，所以燒瓶中溶液的體積為2/3VL，因此燒瓶?jī)?nèi)溶液的物質(zhì)的量濃度也為1/22.4mol/L。

例題2、在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，將O₂與NO按3：4體積比充滿一個(gè)干燥燒瓶，將燒瓶倒置于水中，最后燒瓶?jī)?nèi)溶液物質(zhì)的量濃度約是

A．0.036mol/L

B．0.026mol/L

C．1/22.4mol/L

D．0.030 mol/L

解析：在干燥瓶?jī)?nèi)O₂與NO混合后立即發(fā)生發(fā)應(yīng) 2NO ＋O₂＝ 2NO₂，因此燒瓶中實(shí)際上充滿的氣體是NO₂和O₂，且V（NO₂）：V（O₂） = 4：1，所以燒瓶倒置于水中，發(fā)生的反應(yīng)實(shí)際上是 4NO₂＋ O₂＋2 H₂O = 4 HNO₃，即硝酸濃度為4/22.4÷5＝0.036（mol/L）。