·52·化学教育2011年第3期
用压力传感器研究“倒吸和喷泉"的实验
龚国祥
(南京师范大学附属中学210003)
摘要用压力传感器对“倒吸和喷泉”实验进行研究，探究氨气、氯气尾气吸收中溶液倒吸原因
及二氧化碳“喷泉”溶液不能充满烧瓶的原因。
关键词压力传感器倒吸和喷泉压强差氨气氯气二氧化碳定量实验探究
1问题的提出
化学教学中常常遇到这样的尴尬：
(1)实验室制取氨气。用水吸收氨气尾气，必须
要用倒挂的漏斗防止倒吸。经典的解释是氨气极易
溶于水，反应后造成发生装置中的压强降低，产生倒
吸现象。在实验室制取氯气中，为了防止制氯气的
尾气污染空气，常把导管直接插入到氢氧化钠溶液
中吸收多余的氯气。学生常常提出这样的问题：氯
气与氢氧化钠溶液反应，为什么导管插入到溶液中
溶液却不倒吸呢?
(2)用氨气做“喷泉”实验。实验时向烧瓶中挤
1mL水即可引发“喷泉”，且一直都不会停止，直至
水充满整个烧瓶。实验现象的理论解释是：氨气极
易溶于水，烧瓶中气体在水中溶解完全，压强急剧降
低，引发“喷泉”，水充满烧瓶。依此类推，将高考试
题中用二氧化碳气体做“喷泉”实验的试题付诸实际
操作：向盛满二氧化碳气体的烧瓶中加入足量的浓
氢氧化钠溶液后不振荡即可引发“喷泉”，但溶液喷
至烧瓶体积的1／3后就停止了，这跟实验前预设溶
液充满整个烧瓶不符。
为什么同是气体，与溶液反应时一个需防止倒
吸一个不需防止倒吸?为什么同是“喷泉”，实验现
象却不同呢?
2问题研究
人民教育出版社编写的二氧化硫溶于水的实
验[1]：将盛有二氧化硫气体的试管倒立在水中，开始
水面没有顺利上升，振荡后水面很快上升。对此实
验现象的解释是二氧化硫与水反应在液面上形成饱
和亚硫酸溶液，由于分子扩散的速率较慢，阻止了进
一步吸收S0z，水面不能快速上升。振荡后，加快了
亚硫酸分子扩散，水面很快上升。
受此实验的启示，对于上述2个问题可以猜想：
氨气极易溶于水，由于氨气的溶解性很大，1体积水
溶解700体积的氨气。实验室用水吸收氨气尾气，
氨气从发生装置中逸散溶解于水，吸收速率快，溶
液不会局部饱和，发生装置中形成负压，产生倒
吸。氯气尾气与氢氧化钠溶液反应，接触的界面
生成了氯化钠、次氯酸钠，形成饱和溶液，阻止了
氯气与溶液进一步反应，气体吸收速率慢，不会产
生倒吸现象。
向做氨气“喷泉”实验的烧瓶中挤入水，大概可
以使瓶中氨气溶解完全，瓶内气压急剧降低，溶液几
乎可以充满烧瓶。用二氧化碳气体做实验时，加入
足量的氢氧化钠溶液后，二氧化碳与氢氧化钠溶液
反应，在气体与液体的界面上产生碳酸钠或碳酸氢
钠，阻止了二氧化碳的进一步反应，气体吸收速率减
慢，溶液喷一段时间后即停止。
根据上述猜想，只要测得气体与溶液反应时瓶
内气体的压力变化，即可得到验证。
使用江苏苏威尔教育科技有限公司(www．
拇；w．net)生产的压力传感器可以测量烧瓶中的压
强变化。压力传感器测量的是外界大气压与烧瓶内
压强的差值。若烧瓶内的压强低于外界大气压，压
力传感器显示压强差为正值；烧瓶内的压强高于外
界大气压，压力传感器显示压强差为负值。笔者使
用的这款压力传感器，压强正负差值最大为10kPa。
压力传感器与掌上电脑连接可以连续绘制压强随时
间变化的曲线。
设计实验如下：
[实验①]氨气、氯气气体逸散实验
双孔橡皮塞
握料瓶
围1氯气气体逸散实验装置图
时间曲线
万方数据
2011年第3期化学教育·53·
双孔橡皮寒
塑料
传感器
．}：电脑
强羞一时间曲线
圈2氨气气体逸散买验装置图
实验预设：氨气扩散与水反应，水沿导管上升，
氨气进一步溶解在水中，烧瓶内的压强应该降低，产
生倒吸现象；氯气扩散，与氢氧化钠溶液反应，在氢
氧化钠溶液表面生成氯化钠、次氯酸钠的饱和溶液，
由于溶液中离子扩散的速率较慢，在较短的时间内
溶液不会沿导管上升，不会产生倒吸现象，烧瓶内的
压强在短时间内应该不会产生较大的改变。
[实验②]二氧化碳与氢氧化钠的反应
双孔橡皮寒
塑料
传感器
．卜电脑
强差一时间曲线
图3二氧化碳与氢氧化钠反应装置图
实验预设：用左手拇指堵住导管口a，右手挤压
装有氢氧化钠溶液的塑料瓶，使足量的氧氧化钠溶
液进入烧瓶中，烧瓶中的压强降低，引发“喷泉”。由
于二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠或碳酸
氢钠，使溶液表面饱和，一段时间后“喷泉”停止。振
荡烧瓶，溶质扩散，气体被氢氧化钠溶液进一步吸
收，压强降低，又产生喷泉。如此反复，氢氧化钠溶
液可以充满整个烧瓶。
4实验思考及再实验
实验①得到如图4压强差与时间的曲线：
曲线l为氨气压强差一时间曲线，
曲线2为氯气压强差一时间的曲线。
图4实验①压强差与时间的曲线
图4表明实验结果与预设出现了较大的差异。
气体扩散与溶液反应的速率较慢，压强差的变化不
大，在3个小时之内都不会出现倒吸的现象。由此
可以知，倒吸现象的产生，主要不是气体溶解或与吸
收的溶液反应引起的。
图5实验②压强差与时间的曲线
(1)o～432s由于二氧化碳逸散与氢氧化钠溶
液反应，烧瓶内的压强降低，但压强的变化不大。
(2)432～480s向700mL烧瓶(室温15℃)中
挤压入20mL30％氢氧化钠溶液，烧瓶内压力增
大，大于外界大气压。
(3)480～720s不振荡，氢氧化钠溶液与二氧化
碳反应，烧瓶内压强降低，液体倒吸，产生喷泉。反
应一段时间后，720～960s压强趋于不变，喷泉停
止。
(4)960s摇晃烧瓶，使氢氧化钠溶液与二氧化
碳充分反应，压强急剧降低，产生喷泉。由于惠普掌
上电脑设计的纵坐标压强差的最大量程为10kPa，
振荡后烧瓶内的压强与大气压最大差值没有能够被
记录，这是一个遗憾。
(5)1104s后趋于反应完全。
该实验现象基本与实验预设一致。
对于Clz和NH。的实验，气体逸散与溶液反应
或溶解不是产生倒吸的主要原因，那为什么氨气与
氯气的尾气吸收实验操作不同呢?由于制取气体的
化学反应放热，那么倒吸会不会是由温度变化引起
的呢?于是设计以下2个实验验证。
[实验③]制氨气
水
固体NaOH
图6制取氨气装置图
操作1：氨水滴入氢氧化钠固体中，氢氧化钠溶
解放热，用手触摸烧瓶较热，待氨气生成量较少时，
将导管插入水中。
操作2：氨水滴入氢氧化钠固体中，待氨气的生
万方数据
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成量较少时，立即用冷水淋洗烧瓶使烧瓶冷却后，将
导管插入水中。
[实验④]制氯气
吲体KMn04
6mol／LNaOH
圈7制氯气装置图
将浓盐酸滴入高锰酸钾固体中反应，用手触摸
烧瓶，烧瓶温度较低，放热现象不是很明显。待氯气
生成量较少时，将导管插入6mol／L的氢氧化钠溶
液中。
实验现象：制氨气操作1水面沿着导管上升，产
生倒吸现象。制氨气操作2，没有产生倒吸现象。
制氯气的实验，没有用饱和氯化钠溶液除去氯气中
}昆有的氯化氢气体，实际与氢氧化钠溶液反应的气
体应该是氯化氢与氯气的混合物，但在很长的一段
时间内都没有产生倒吸现象。下午3点钟做的实
验，一夜后，清晨再观察，烧杯内的溶液已经全部倒
吸到烧瓶内。
氯气不倒吸是由氯气与氢氧化钠溶液反应，在
接触面形成氯化钠、次氯酸钠溶液的饱和层造成的
吗?设计以下实验进行验证。
[实验⑤]氯气与氢氧化钠的反应
双孔橡皮塞
塑料
传感器
J二电脑
强羞一时问曲线
图8氯气与氢氧化钠反应装置图
实验⑤得到如图9压强差与时间的曲线。
图9实验⑤压强差与时间的曲线
实验现象与结论：在15s时用左手拇指堵住导
管口a，右手挤压塑料瓶，使20mL30％的氢氧化钠
溶液进入700mL烧瓶后(室温15℃)，不振荡，19～
181s烧瓶内的压强迅速降低至内外压差为10kPa，
产生喷泉，大约在256s时“喷泉”停止，“喷泉”现象
跟氨气的类似。由此可以推出，氯气与氢氧化钠溶
液反应气体吸收较快，不振荡也能反应完全，并没有
溶液饱和这一说。
5实验结论
(1)实验①、③、④、⑤表明，氨气与氯气尾气吸
收引起的倒吸现象主要原因不是气体逸散到溶液中
与溶液反应或气体逸散到溶液中溶解使烧瓶内压强
降低，而是在于发生装置与环境的温度差，反应装置
冷却使烧瓶内产生负压。那么氨气尾气吸收倒吸现
象可以这样解释，由于发生装置内反应趋于完成，气
体产生量较少，烧瓶在空气中冷却，温度降低，造成
溶液倒吸。当倒吸的溶液进入发生装置，发生装置
内的气体急速溶解，形成比较大的负压，倒吸速率加
快。氯气尾气不倒吸原因是由于气体逸散溶解的速
率较慢，不会使反应装置产生负压，一段时间内不会
产生倒吸现象。
(2)实验②表明，二氧化碳与氢氧化钠溶液的反
应，在溶液表面生成碳酸钠或碳酸氢钠饱和溶液，气
体的吸收速率慢，一段时间后“喷泉”停止。振荡后
溶液与气体充分反应，烧瓶内的气压降低，继续引发
“喷泉”。氨气溶解度大，氯气与氢氧化钠溶液反应
较快，气体吸收速率快，不需振荡，“喷泉”可以使溶
液一次性几乎充满整个烧瓶。因此，产生“喷泉和倒
吸”现象的原因不仅与气体的溶解性有关，也与气体
溶解的速率有关。
6研究后的体会
(1)用手持技术的压力传感技术可以使我们充
分认识到倒吸或喷泉时的烧瓶内的压强变化，使我
们认识到化学反应的实际变化过程，这比推理得出
烧瓶内压强减小，更加直观，结论更加令人信服。教
师在讲解有关问题时，可以用到自己的教学中。
(2)作为中学教师，对于学生提出的问题，对于
习题或教科书中熟知的结论，敢于探索求知，要给学
生展示一个真实的客观的化学世界，有责任教给学
生探究真理的方法，培养学生的质疑精神和实事求
是的科学研究态度，不能认为自己是中学教师就妄
自菲薄，不能认为自己是中学教师，就用大概、可能
去敷衍学生，造成学生感到化学世界的虚无飘渺，使
学生失去对化学探究的兴趣。
(3)通过本次的实验探究，笔者对某些高考实验
试题有了更加充分的认识，也对编制化学试题多了
一份责任感和使命感。
说明：上述实验结论是笔者本人在实验探究中
得出的，由于实验条件有限，欢迎读者、学者、专家共
同研究、探讨、争鸣。
参考文献
[1]宋心琦主编．普通高中课程标准实验教科书：化学l(必修)．第
3版，北京：人民教育出版社，2007：90
万方数据
用压力传感器研究"倒吸和喷泉"的实验
作者：龚国祥，GONGGuoxiang
作者单位：南京师范大学附属中学,210003
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2011,32(3)
参考文献(1条)
1.宋心琦普通高中课程标准实验教科书:化学1(必修)2007
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201103018.aspx
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