雍世偉

（銅山區(qū)鄭集鎮(zhèn)中心中學(xué)　江蘇徐州　221143)

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循環(huán)往復(fù)的“噴泉”實驗的創(chuàng)新設(shè)計

雍世偉

（銅山區(qū)鄭集鎮(zhèn)中心中學(xué)江蘇徐州221143)

摘要：利用鋅粒與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)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(fù)。新設(shè)計的實驗，操作簡便，具有很強的趣味性和觀賞性。

關(guān)鍵詞：氫氣；噴泉實驗；循環(huán)往復(fù)

一、問題的提出

“噴泉”實驗是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的一個演示實驗，高一化學(xué)教材在講到氨的性質(zhì)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(xué)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(xué)教學(xué)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(xué)反應(yīng)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(xué)生進行演示實驗也只能進行一組。

于是，筆者經(jīng)過反復(fù)的實踐和思考，對“噴泉”實驗進行了創(chuàng)新改進，設(shè)計了循環(huán)往復(fù)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(gòu)思設(shè)計中，存在了以下幾個不足。

1.沒有設(shè)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(chǎn)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(jié)果打開止水夾K2時，因為產(chǎn)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(jié)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(fù)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(dǎo)管1支、彎玻璃導(dǎo)管2支、短導(dǎo)管2支；膠皮管4小段；T形三通管1個；拴著細線的紗網(wǎng)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(jù)瓶子的口徑大小，找相應(yīng)的橡皮塞3個（單孔1個、雙孔1個、三孔1個）。

（3）根據(jù)玻璃導(dǎo)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(dǎo)管和T形三通管，并加上兩個止水夾。

（4）把鋅粒放入紗網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)生氣泡，剪掉底的碳酸飲料瓶中出現(xiàn)“噴泉”。當(dāng)液面即將達到細玻璃管頂端時，直立碳酸飲料瓶，反應(yīng)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(guān)閉兩處的止水夾，再次倒立碳酸飲料瓶，反應(yīng)再次發(fā)生，如此循環(huán)往復(fù)。

5.反應(yīng)原理

倒立碳酸飲料瓶，鋅粒與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，瓶內(nèi)壓強增大，把紅墨水沿細玻璃導(dǎo)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(fù)?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式為：Zn+2HCl=ZnCl2+H2↑。

6.改進優(yōu)點

（1）反應(yīng)可控：把鋅粒放在紗網(wǎng)里，懸在酸液上方。當(dāng)瓶子倒立時，固液接觸，產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)發(fā)生；直立時，固液分離，反應(yīng)停止。

（2）現(xiàn)象明顯：玻璃彎管的使用是本實驗的一大亮點。為了能夠產(chǎn)生更大的壓強，使現(xiàn)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(yīng)，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(dāng)紅墨水進入細導(dǎo)管形成“噴泉”后，上方瓶子內(nèi)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(yīng)容器是丟棄的塑料飲料瓶，實現(xiàn)了廢物再利用，變廢為寶。

7.注意事項

當(dāng)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(xué)生做演示實驗，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新意識，可供多名學(xué)生演示使用；也可用于導(dǎo)入新課時教師演示使用。

四、實驗后記

該實驗設(shè)計集易操作性、趣味性、觀賞性于一身，在具體的課堂教學(xué)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(dāng)然，在鋅粒里也可適當(dāng)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(xué)一線教師，我們要不斷優(yōu)化和創(chuàng)新化學(xué)實驗，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，從而為他們的后續(xù)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

［1］王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)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(biāo)識碼：B