氨气喷泉实验：原理、操作与应用

氨气喷泉实验：原理、操作与应用

引用

新浪网

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https://m.edu.iask.sina.com.cn/jy/jvfYF115wD.html

氨气喷泉实验是高中化学中一个经典的实验，通过观察喷泉的形成，可以直观地理解氨气的溶解度和相关化学反应。本文将详细介绍该实验的原理、操作步骤和现象，帮助读者更好地掌握这一重要实验。

实验原理

氨气（NH₃）在常温常压下具有极高的溶解度，1体积的水可以溶解700体积的氨气。实验的基本原理是利用氨气的高溶解度，在短时间内使烧瓶内部产生较大的压强差，从而形成喷泉现象。

实验装置与操作步骤

1. 使用干燥的圆底烧瓶收集氨气，确保烧瓶内部干燥。
2. 用带有玻璃管和滴管（滴管预先吸入水）的双孔胶塞塞紧瓶口。
3. 立即将烧瓶倒置，使玻璃管插入盛有水的烧杯中，烧杯中的水事先加入少量酚酞试液。
4. 挤压滴管的胶头，使少量水进入烧瓶。

实验现象

当水进入烧瓶后，氨气迅速溶解于水，导致烧瓶内部压强迅速降低。在大气压的作用下，烧杯中的水被压入烧瓶，形成喷泉现象。同时，由于氨气溶于水后形成碱性溶液，酚酞试液会变为红色。

实验原理图

氨气的其他应用

1. 用蘸有浓氨水的玻璃棒检验HCl等气体的存在。
2. 实验室中用氨水与铝盐溶液反应制备氢氧化铝。
3. 配制银氨溶液，用于检验有机物分子中醛基的存在。

人工固氮与天然固氮

1. 人工固氮：工业上通常采用哈伯法，在催化剂、高温、高压条件下合成氨。最近，希腊化学家George Marnellos和Michael Stoukides发明了一种新的合成氨方法，使用锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷（SCY）作为固体电解质，在常压下将氢气和氮气转化为氨，转化率高达78%。

2. 天然固氮：

• 闪电能使空气中的氮气转化为一氧化氮，每次闪电可生成80～1500kg的一氧化氮。
• 豆科植物中的根瘤菌含有氮酶，能将空气中的氮气转化为氨，进而转化为氮的化合物。此外，固氮螺旋杆菌、固氮蓝藻等也能进行生物固氮。

化学方程式解释

氨气溶于水后发生如下反应：
$$
NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^-
$$
氨水中存在的粒子包括：$NH_4^+$、$H_2O$、$H^+$、$OH^-$、$NH_3 \cdot H_2O$。

通过这个实验，我们可以直观地理解氨气的高溶解度及其在水中的化学行为，同时也能认识到氨气在工业和自然界中的重要应用。