2019版高考化学一轮精选教师用书人教通用：第四章非金属及其重要化合物微专题强化突破6　喷泉实验的操作原理及拓展应用

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

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(Ⅰ)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NH3溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。

(2)装置(Ⅱ)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(Ⅲ)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(Ⅳ)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。

(5)装置(Ⅴ)打开①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②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。

(6)装置(Ⅵ)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、NH3、NO2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 mol·L－1。

(2)当是NO2和O2的混合气体且体积比为4∶1时，c(HNO3)＝ mol·L－1。

1．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。Cl2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(　　)

A．CO2(NaHCO3溶液)/无色喷泉

B．NH3(H2O中含酚酞)/红色喷泉

C．H2S(CuSO4溶液)/黑色喷泉

D．HCl(AgNO3溶液)/白色喷泉

解析：选A。CO2在NaHCO3溶液中的溶解度很小，因此不能形成喷泉；NH3极易溶于水生成NH3·H2O，NH3·H2O发生电离生成OH－，使酚酞显红色；H2S和CuSO4 溶液反应生成CuS黑色沉淀；HCl极易溶于水，且和 AgNO3 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，CO2也能用于做喷泉实验

C．HCl、NH3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，与外界产生足够的压强差，从而形成喷泉，A正确；CO2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，SO2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①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②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③的a处不断鼓入空气并打开止水夹

D．向装置④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③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，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)＝4∶1的混合气体，则 c(HNO3)＝________________。

(4)若用n(NO2)∶n(O2)＝2∶1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。

(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)＝＝ mol·L－1。

(2)若为NO2，喷泉后，溶质为HNO3，

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO

 mol　　× mol

则喷泉后溶液的体积为V L，

c(HNO3)＝＝ mol·L－1。

(3)若为n(NO2)∶n(O2)＝4∶1的混合气体，

n(NO2)＝× mol，

4NO2＋O2＋2H2O===4HNO3

× mol　　　  × mol

喷泉后，溶质为HNO3，溶液充满烧瓶，则c(HNO3)＝＝× mol·L－1＝ mol·L－1。

(4)若为n(NO2)∶n(O2)＝2∶1，则反应剩余的氧气，溶液充至烧瓶的，溶质为HNO3，计算方法同(3)，c(HNO3)＝ mol·L－1。

答案：(1) mol·L－1　(2) mol·L－1

(3) mol·L－1　(4) mol·L－1

一、选择题

1．四支试管中分别充满NO、SO2、NO2、Cl2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3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，剩余气体是反应前的，对应B项；NO难溶于水，对应D项；SO2在水中的溶解度为1体积水溶解40体积SO2，对应A项；Cl2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c呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和c分别是(　　)

解析：选D。A项，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，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，Cl2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(　　)

A．X是HCl，Y是饱和食盐水

B．X是CO2，Y是稀硫酸

C．X是SO2，Y是NaOH溶液

D．X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。CO2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

4．NH3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。

①先打开旋塞1，B瓶中的现象是_______________，原因是______________，稳定后，关闭旋塞1。

②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、G

(2)①有白烟生成　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　②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)。

①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__________________________________。

②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____。

A．Cu与稀盐酸

B．NaHCO3与NaOH溶液

C．CaCO3与稀硫酸

D．NH4HCO3与稀盐酸

(3)在图3锥形瓶中加入酒精，瓶外放一水槽，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NH4HCO3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)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，使圆底烧瓶内压强减小，烧杯内水喷入圆底烧瓶

②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　3

6．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Ⅱ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅰ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Ⅰ中产生“喷泉”现象，烧瓶Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ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Ⅱ中，烧瓶Ⅱ中的气压迅速减小，烧瓶Ⅰ中的HCl气体会流向烧瓶Ⅱ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Ⅰ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Ⅰ和Ⅱ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Ⅱ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