喷泉实验中的突发“事故”引发的深度思考

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  喷泉实验是高中化学必做实验之一,实验目的是验证氨气极易溶于水的特性。实验过程如下:用干燥的圆底烧瓶收集一瓶氨气,塞上橡皮塞备用,准备一个双孔塞,其中一个孔插入事先吸满水的胶头滴管,另一个孔中插入一根带有橡皮管的直玻璃管,橡胶管上带有止水夹。实验开始的时候,将圆底烧瓶的橡皮塞拔下,换上带有玻璃管和胶头滴管的双孔塞。此时,橡皮管处于被止水夹夹住的状态,将圆底烧瓶通过铁圈倒立,下端玻璃管口插入盛水的烧杯中,并且滴入几滴酚酞用于证明氨气与水反应生成了碱性的氨水。反应装置如图,连接好装置后,引发实验的操作步骤,共有两步:一、需要将胶头滴管内的水挤压进入圆底烧瓶。二、需要将止水夹打开。
  在我们鲁科版曾經用过的教材中,共出现过两种不同的操作顺序,第一种:先挤压胶头滴管,将水挤入圆底烧瓶中,而后再打开止水夹。第二种:先打开止水夹,而后再挤压胶头滴管,将水挤入圆底烧瓶中。从理论上讲,这两种操作顺序都是可以的,只要能在烧瓶内外产生压强差,先做哪一步后做哪一步都无所谓。下面跟大家分享下我在实验过程中遇到的问题,从而引发的对这个实验的思考。
  在一次录像课中,为了获得更好的喷泉效果,我收集了一瓶纯度相对很高的氨气做实验。我采用的是第一种操作方法,先挤压胶头滴管内的水,由于氨气在水中的溶解度极高且烧瓶内的气体几乎全是氨气,导致烧瓶内的压强急剧下降,甚至接近真空。而后,我打开了止水夹,结果发现根本没有形成喷泉,这是为什么呢?压强差明明已经很大了,为什么烧杯中的水没有被压入烧瓶呢?问题究竟出在哪里呢?
  我迅速观察了一下,马上发现了问题所在。当胶头滴管内的水挤入烧瓶中以后,氨气的溶解导致烧瓶内外压强差过大,大于胶皮管的自身张力,以至于瞬间止水夹上部的胶皮管在大气压的压力下被压得扁扁的,表面上看就好像是胶皮管由于老化发粘了,两侧的管壁紧紧粘贴在一起,将水路阻断了,此时,即便打开止水夹,由于“此路不通”,水也不会进入烧瓶。当机立断,我在课堂上临场发挥,将烧杯举高至止水夹的高度,在水下将橡皮管连同下端的直玻璃管一起拔下,水立即快速大量喷入圆底烧瓶中,几乎喷满整个圆底烧瓶,终于,这个实验在课堂上有惊无险地成功做完了。
  通过这次“事故”,我反思了一下这个实验,还是应该采用先打开止水夹后挤压胶头滴管的操作顺序比较合理。先打开止水夹,让上下形成畅通无阻的通路,当胶头滴管内的水次第进入烧瓶后,随着氨气的逐渐溶解,烧瓶内压强逐渐降低,同时,烧杯内的水也会逐渐涌入烧瓶中,形成一种压强一边减小喷泉一边喷的形势。相较于前一种的“骤然”变化,这种“逐渐”的变化更加有利于实验的成功,尤其是当氨气的纯度很高的情况。
  针对这次“事故”,我及时引导学生们进行了讨论,我们在工作、学习中难免遇到一些突发状况,有一些甚至是我们事先无论如何都始料不及的。一旦这种突发状况切实发生在我们的身上,我们该怎么办?首先心态上要沉着冷静,慌乱起不到任何作用。其次,需要快速转动脑筋,科学分析,对每个环节逐项排查,找出问题所在,从而解决问题。我们现在有能力解决学习生活遇到的小问题,将来就能从容面对工作事业中的大问题,不论身处哪个工作岗位,都能成为负得起重任的栋梁之才。
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