CN110956884A - 一种多色双喷泉实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多色双喷泉实验装置，包括尾气处理装置、氨气发生装置、喷泉发生装置、白烟装置及氯化氢气体发生装置；本发明将氨气和氯化氢两种气体的喷泉实验结合在一起，利用配位反应、沉淀反应、变色反应以及显色反应等的实验原理，大大丰富了喷泉的色彩变化，同时，氨气和氯化氢相遇生成氯化铵，既可为色彩丰富的喷泉实验提供另一壮观的白烟现象，又达到了尾气处理和气体验满的作用。实验装置中采用定制三颈烧瓶保证了装置良好的气密性，增强了喷泉的美观性和持久性，实现了两种气体的制备、收集、验满、尾气处理、气体反应和喷泉实验的一体化。整个实验过程操作简便、效果显著，云蒸霞蔚的实验现象煞是壮观。

Description

一种多色双喷泉实验装置

技术领域

本发明涉及科普展示及教学实验技术领域，尤其是一种多色双喷泉实验装置。

背景技术

在教学实验课程中，喷泉实验作为典型的实验实例予以传授，但由于实验现象单调、持续时间短等，仅能作为课堂演示实验，无法成为一个大型的科普实验。而且现有方案实验步骤繁琐，实验装置气密性难以保证，氨气容易泄漏。传统氨气与酚酞溶液的喷泉实验也没有充分体现出化学喷泉的多姿多彩，容易让学生形成思维定势。本发明从最原始的形成压强差的原因以及发生明显的颜色变化两点实验原理出发，剖析引发多色喷泉的更多可能性，并以此进行思维发散，引入了氨气和氯化氢气体的双喷泉实验，并且设计了相应的一体化实验装置。改进后的实验方案比课本演示实验现象更壮观、操作更简便、更能展示出化学的魅力。作为一个大型科普展示，对不同的人群都具有新鲜感和吸引力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种多色双喷泉实验装置。本发明采用氨气和氯化氢气体易溶于水的物理性质形成压强差来产生喷泉现象，根据两种气体的不同化学特性赋予喷泉不同的色彩，并且两种气体还能发生白烟反应，产生烟雾缭绕的景象，既达到了科普效果，又起到了尾气处理和气体验满的作用。本发明的一体化设计方案也是基于对本实验仪器的创新设计。具有实验过程概念清晰，内容丰富，现象壮观，且实验全过程节能环保。本发明不仅解决了教学的需求，还能为大型科普展示提供可靠的实验依据。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种多色双喷泉实验装置，其特点包括尾气处理装置、氨气发生装置、喷泉发生装置、白烟装置及氯化氢气体发生装置；

所述喷泉发生装置分为两组；所述尾气处理装置为两件；

所述第一件尾气处理装置、氨气发生装置、第一组喷泉发生装置、白烟装置、第二组喷泉发生装置、氯化氢气体发生装置及第二件尾气处理装置依次经带导管玻璃活塞及玻璃导管连接；

所述尾气处理装置由结晶皿、三角漏斗及橡胶管构成，所述三角漏斗倒置设于结晶皿内，三角漏斗的漏斗出口依次连接橡胶管；

所述氨气发生装置由石棉网、酒精灯及锥形瓶构成，锥形瓶置于石棉网的上方，酒精灯设于石棉网的下方，锥形瓶内设有两根玻璃导管；

所述喷泉发生装置由带导管玻璃活塞、定制三颈烧瓶、玻璃花洒、胖肚胶头滴管及烧杯构成，

所述定制三颈烧瓶上设有三个颈口与两个连接口；

所述玻璃花洒、烧杯及带导管玻璃活塞均为两件，其中，带导管玻璃活塞一端设于烧杯内，另一端与玻璃花洒连接；两件玻璃花洒穿过定制三颈烧瓶的第一、二颈口设于定制三颈烧瓶内，胖肚胶头滴管设于定制三颈烧瓶的第三颈口内；

所述白烟装置由三角漏斗、橡胶管、带导管玻璃活塞、定制三颈烧瓶、玻璃花洒、烧杯及带牛角尖玻璃塞构成，所述三角漏斗倒置设于烧杯内，三角漏斗的漏斗出口依次连接橡胶管及带导管玻璃活塞，带导管玻璃活塞的另一端连接玻璃花洒，玻璃花洒穿过定制三颈烧瓶的第二颈口设于定制三颈烧瓶内；所述带牛角尖玻璃塞为两件，分别设于定制三颈烧瓶的第一、三颈口内；

所述氯化氢气体发生装置由石棉网、酒精灯、三出口烧瓶及滴液漏斗构成，三出口烧瓶置于石棉网的上方，酒精灯设于石棉网的下方，滴液漏斗设于三出口烧瓶的第二出口；

所述氨气发生装置的第一根玻璃导管与第一件尾气处理装置经带导管玻璃活塞及玻璃导管连接；

所述氨气发生装置的第二根玻璃导管经带导管玻璃活塞及玻璃导管与第一组喷泉发生装置上定制三颈烧瓶的一个连接口连接；

所述白烟装置的定制三颈烧瓶的两个连接口分别经带导管玻璃活塞及玻璃导管与第一组喷泉发生装置及第二组喷泉发生装置的定制三颈烧瓶的连接口连接；

所述氯化氢气体发生装置上三出口烧瓶的第一出口经带导管玻璃活塞及玻璃导管与第二组喷泉发生装置的定制三颈烧瓶的另一个连接口连接；

所述氯化氢气体发生装置上三出口烧瓶的第三出口与第二件尾气处理装置经带导管玻璃活塞及玻璃导管连接。

所述喷泉发生装置分为两组，每组为二～五件，每组的数件喷泉发生装置经定制三颈烧瓶的连接口依次串联连接。

本发明采用氨气和氯化氢气体易溶于水的物理性质形成压强差来产生喷泉现象，根据两种气体的不同化学特性赋予喷泉不同的色彩，并且两种气体还能发生白烟反应，产生烟雾缭绕的景象，既达到了科普效果，又起到了尾气处理和气体验满的作用。本发明的一体化设计方案也是基于对本实验仪器的创新设计。具有实验过程概念清晰，内容丰富，现象壮观，且实验全过程节能环保。本发明不仅解决了教学的需求，还能为大型科普展示提供可靠的实验依据。

本发明采用将氨气发生装置和氯化氢气体发生装置合二为一串联在一个实验内，通过氨气和氯化氢的气体反应——白烟反应指示气体收集情况，并制造烟雾缭绕的景象，通过增加硫酸铜溶液与氨气的配位反应，氯化钴溶液与氨气的沉淀反应等多个反应原理，丰富实验现象，制造多色喷泉。

本发明的显著优点是集气体制备、收集、验满、尾气处理、气体反应与喷泉实验于一体，操作简便，将喷泉的颜色反应与氨气和氯化氢气体的白烟反应结合，观赏性强。新创实验装置引入定制三颈烧瓶和带导管的玻璃活塞，气密性好、喷泉量大，能实现多色喷泉且控制喷泉的喷发顺序。实验药品用量少，实验过程无气体泄漏，安全环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的尾气处理装置的结构示意图；

图3为本发明的氨气发生装置的结构示意图；

图4为本发明的喷泉发生装置的结构示意图；

图5为本发明的白烟装置的结构示意图；

图6为本发明的玻璃花洒的结构示意图；

图7为本发明的氯化氢气体发生装置的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括尾气处理装置1、氨气发生装置2、喷泉发生装置3、白烟装置4及氯化氢气体发生装置5；

所述喷泉发生装置3分为两组；所述尾气处理装置1为两件。

参阅图1、图2，所述第一件尾气处理装置1、氨气发生装置2、第一组喷泉发生装置3、白烟装置4、第二组喷泉发生装置3、氯化氢气体发生装置5及第二件尾气处理装置1依次经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15；

所述尾气处理装置1由结晶皿11、三角漏斗12、橡胶管13及带导管玻璃活塞14构成，所述三角漏斗12倒置设于结晶皿11内，三角漏斗12的漏斗出口依次连接橡胶管13及带导管玻璃活塞14，带导管玻璃活塞14上连接玻璃导管15。

参阅图1、图3，所述氨气发生装置2由石棉网16、酒精灯17及锥形瓶18构成，锥形瓶18置于石棉网16的上方，酒精灯17设于石棉网16的下方，锥形瓶18内设有两根玻璃导管15。

参阅图1、图4、图6，所述喷泉发生装置3由带导管玻璃活塞14、定制三颈烧瓶19、玻璃花洒20、胖肚胶头滴管21及烧杯22构成，

所述定制三颈烧瓶19上设有三个颈口与两个连接口；

所述玻璃花洒20、烧杯22及带导管玻璃活塞14均为两件，其中，带导管玻璃活塞14一端设于烧杯22内，另一端与玻璃花洒20连接；两件玻璃花洒20穿过定制三颈烧瓶19的第一、二颈口设于定制三颈烧瓶19内，胖肚胶头滴管21设于定制三颈烧瓶19的第三颈口内。

参阅图1、图5、图6，所述白烟装置4由三角漏斗12、橡胶管13、带导管玻璃活塞14、定制三颈烧瓶19、玻璃花洒20、烧杯22及带牛角尖玻璃塞23构成，所述三角漏斗12倒置设于烧杯22内，三角漏斗12的漏斗出口依次连接橡胶管13及带导管玻璃活塞14，带导管玻璃活塞14的另一端连接玻璃花洒20，玻璃花洒20穿过定制三颈烧瓶19的第二颈口设于定制三颈烧瓶19内；

所述带牛角尖玻璃塞23为两件，分别设于定制三颈烧瓶19的第一、三颈口内。

参阅图1、图7，所述氯化氢气体发生装置5由石棉网16、酒精灯17、三出口烧瓶24及滴液漏斗25构成，三出口烧瓶24置于石棉网16的上方，酒精灯17设于石棉网16的下方，滴液漏斗25设于三出口烧瓶24的第二出口。

参阅图1，所述氨气发生装置2的第一根玻璃导管15与第一件尾气处理装置1经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15连接；

所述氨气发生装置2的第二根玻璃导管15经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15与第一组喷泉发生装置3上定制三颈烧瓶19的一个连接口连接。

参阅图1，所述白烟装置4的定制三颈烧瓶19的两个连接口分别经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15与第一组喷泉发生装置3及第二组喷泉发生装置3的定制三颈烧瓶19的连接口连接。

参阅图1，所述氯化氢气体发生装置5上三出口烧瓶24的第一出口经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15与第二组喷泉发生装置3的定制三颈烧瓶19的另一个连接口连接；

所述氯化氢气体发生装置5上三出口烧瓶24的第三出口与第二件尾气处理装置1经带导管玻璃活塞14及玻璃导管15连接。

参阅图1，所述喷泉发生装置3分为两组，每组为二～五件，每组的数件喷泉发生装置3经定制三颈烧瓶19的连接口依次串联连接。

本发明是这样工作的：

实施例1，以两件喷泉发生装置为一组的多色双喷泉实验为例：

参阅图1，先向氨气发生装置2的锥形瓶18加入浓氨水并将其用铁夹固定于铁架台上，向氯化氢气体发生装置5的三出口烧瓶24内加入20g氯化钠固体，滴液漏斗25中加入约20mL浓硫酸。分别将五个定制三颈烧瓶19固定于铁架台上，用玻璃导管15依次将第一件尾气处理装置1、氨气发生装置2、第一组的两件喷泉发生装置3、白烟装置4、第二组的两件喷泉发生装置3、氯化氢气体发生装置5、第二件尾气处理装置1连接起来。关闭尾气处理装置1的带导管玻璃活塞14，关闭喷泉发生装置的带导管玻璃活塞14，打开白烟装置4的带导管玻璃活塞14，打开氨气发生装置2和氯化氢气体发生装置5中带导管玻璃活塞14。

烧杯22内的溶液从左至右依次为硫酸铜溶液、无色酚酞溶液、氯化钴溶液、酸性对硝基苯酚溶液，自来水（导管下端靠近水面），盐酸N-(1-萘基)乙二胺溶液+冰醋酸混合液、亚硝酸钠+4-氨基苯磺酸混合液、三氯化铁溶液和硫氰酸钾溶液。集满氨气的喷泉发生装置3所连接胖肚胶头滴管21中装有浓酸液，集满氯化氢气体的喷泉发生装置3所连接胖肚胶头滴管21中装有浓碱液。

实验前检查装置气密性，确定气密性良好后，点燃酒精灯17开始收集氯化氢气体和氨气。待白烟装置中出现大量白烟后继续收集气体约2min，保证喷泉发生装置3中集满气体。此时，熄灭酒精灯17，打开两件尾气处理装置1中的带导管玻璃活塞14，关闭氨气发生装置2和氯化氢气体发生装置5中带导管玻璃活塞14，关闭白烟装置4的带导管玻璃活塞14。挤压所有胖肚胶头滴管12。打开与酚酞溶液连接的带导管玻璃活塞14，得到粉红色喷泉，再打开与硫酸铜溶液连接的带导管玻璃活塞14，喷泉逐渐变为蓝紫色。打开与酸性对硝基苯酚溶液连接的带导管玻璃活塞14，得到黄色喷泉，再打开与氯化钴溶液连接的带导管的玻璃活塞14，喷泉逐渐变为翠绿色。同时打开与盐酸N-(1-萘基)乙二胺溶液+冰醋酸混合液、亚硝酸钠+4-氨基苯磺酸混合液连接的两个带导管玻璃活塞14，得到玫瑰红色喷泉。同时打开与三氯化铁溶液和硫氰酸钾溶液连接的两个带导管玻璃活塞14，得到血红色喷泉。

实施例2，以三件喷泉发生装置为一组的多色双喷泉实验为例：

参阅图1，先向氨气发生装置2的锥形瓶18加入浓氨水并将其用铁夹固定于铁架台上，向氯化氢气体发生装置5的三出口烧瓶24内加入30g氯化钠固体，滴液漏斗25中加入约30mL浓硫酸。

分别将七个定制三颈烧瓶19固定于铁架台上，用玻璃导管15依次将第一件尾气处理装置1、氨气发生装置2、第一组的三件喷泉发生装置3、白烟装置4、第二组的三件喷泉发生装置3、氯化氢气体发生装置5、第二件尾气处理装置1连接起来。

关闭尾气处理装置1的带导管玻璃活塞14，关闭喷泉发生装置3的带导管玻璃活塞14，打开白烟装置4的带导管玻璃活塞14，打开氨气发生装置2和氯化氢气体发生装置5中带导管玻璃活塞14。烧杯22内的溶液从左至右依次为硫酸铜溶液、无色酚酞溶液、氯化钴溶液、酸性对硝基苯酚溶液、甲基橙溶液、靛蓝二磺酸钠溶液、自来水（导管下端靠近水面），盐酸N-(1-萘基)乙二胺溶液+冰醋酸混合液、亚硝酸钠+4-氨基苯磺酸混合液、三氯化铁溶液、硫氰酸钾溶液、溴甲酚绿溶液和甲基红溶液。集满氨气的喷泉发生装置3所连接胖肚胶头滴管21中装有浓酸液，集满氯化氢气体的喷泉发生装置3所连接胖肚胶头滴管21中装有浓碱液。

实验前检查装置气密性，确定气密性良好后，点燃酒精灯17开始收集氯化氢气体和氨气。待白烟装置中出现大量白烟后继续收集气体约2min，保证喷泉发生装置3中集满气体。此时，熄灭酒精灯17，打开两件尾气处理装置1中的带导管玻璃活塞14，关闭氨气发生装置2和氯化氢气体发生装置5中带导管玻璃活塞14，关闭白烟装置4的带导管玻璃活塞14。挤压所有胖肚胶头滴管12。打开与酚酞溶液连接的带导管玻璃活塞14，得到粉红色喷泉，再打开与硫酸铜溶液连接的带导管玻璃活塞14，喷泉逐渐变为蓝紫色。打开与酸性对硝基苯酚溶液连接的带导管玻璃活塞14，得到黄色喷泉，再打开与氯化钴溶液连接的带导管玻璃活塞14，喷泉逐渐变为翠绿色。同时打开与甲基橙溶液、靛蓝二磺酸钠溶液连接的两个带导管玻璃活塞14，得到黄蓝色的喷泉。同时打开与盐酸N-(1-萘基)乙二胺溶液+冰醋酸混合液、亚硝酸钠+4-氨基苯磺酸混合液连接的两个带导管玻璃活塞14，得到玫瑰红色喷泉。同时打开与三氯化铁溶液和硫氰酸钾溶液连接的两个带导管玻璃活塞14，得到血红色喷泉。同时打开与溴甲酚绿和甲基红连接的两个带导管玻璃活塞14，得到酒红色的溶液。

本发明还可以针对氨气和氯化氢气体选择不同的喷泉反应试剂，比如用其他酸碱指示剂替换本实验提到的酚酞溶液，均能形成丰富多彩的喷泉现象。

本发明还可以通过带导管玻璃活塞14控制喷泉引发顺序，比如喷泉发生装置下方的两个带导管玻璃活塞14可以同时打开，也可以逐个打开，对于实验操作花样的创新，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种多色双喷泉实验装置，其特征在于，它包括尾气处理装置（1）、氨气发生装置（2）、喷泉发生装置（3）、白烟装置（4）及氯化氢气体发生装置（5）；

所述喷泉发生装置（3）分为两组；所述尾气处理装置（1）为两件；

所述第一件尾气处理装置（1）、氨气发生装置（2）、第一组喷泉发生装置（3）、白烟装置（4）、第二组喷泉发生装置（3）、氯化氢气体发生装置（5）及第二件尾气处理装置（1）依次经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）连接；

所述尾气处理装置（1）由结晶皿（11）、三角漏斗（12）及橡胶管（13）构成，所述三角漏斗（12）倒置设于结晶皿（11）内，三角漏斗（12）的漏斗出口依次连接橡胶管（13）；

所述氨气发生装置（2）由石棉网（16）、酒精灯（17）及锥形瓶（18）构成，锥形瓶（18）置于石棉网（16）的上方，酒精灯（17）设于石棉网（16）的下方，锥形瓶（18）内设有两根玻璃导管（15）；

所述喷泉发生装置（3）由带导管玻璃活塞（14）、定制三颈烧瓶（19）、玻璃花洒（20）、胖肚胶头滴管（21）及烧杯（22）构成，

所述定制三颈烧瓶（19）上设有三个颈口与两个连接口；

所述玻璃花洒（20）、烧杯（22）及带导管玻璃活塞（14）均为两件，其中，带导管玻璃活塞（14）一端设于烧杯（22）内，另一端与玻璃花洒（20）连接；两件玻璃花洒（20）穿过定制三颈烧瓶（19）的第一、二颈口设于定制三颈烧瓶（19）内，胖肚胶头滴管（21）设于定制三颈烧瓶（19）的第三颈口内；

所述白烟装置（4）由三角漏斗（12）、橡胶管（13）、带导管玻璃活塞（14）、定制三颈烧瓶（19）、玻璃花洒（20）、烧杯（22）及带牛角尖玻璃塞（23）构成，所述三角漏斗（12）倒置设于烧杯（22）内，三角漏斗（12）的漏斗出口依次连接橡胶管（13）及带导管玻璃活塞（14），带导管玻璃活塞（14）的另一端连接玻璃花洒（20），玻璃花洒（20）穿过定制三颈烧瓶（19）的第二颈口设于定制三颈烧瓶（19）内；所述带牛角尖玻璃塞（23）为两件，分别设于定制三颈烧瓶（19）的第一、三颈口内；

所述氯化氢气体发生装置（5）由石棉网（16）、酒精灯（17）、三出口烧瓶（24）及滴液漏斗（25）构成，三出口烧瓶（24）置于石棉网（16）的上方，酒精灯（17）设于石棉网（16）的下方，滴液漏斗（25）设于三出口烧瓶（24）的第二出口；

所述氨气发生装置（2）的第一根玻璃导管（15）与第一件尾气处理装置（1）经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）连接；

所述氨气发生装置（2）的第二根玻璃导管（15）经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）与第一组喷泉发生装置（3）上定制三颈烧瓶（19）的一个连接口连接；

所述白烟装置（4）的定制三颈烧瓶（19）的两个连接口分别经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）与第一组喷泉发生装置（3）及第二组喷泉发生装置（3）的定制三颈烧瓶（19）的连接口连接；

所述氯化氢气体发生装置（5）上三出口烧瓶（24）的第一出口经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）与第二组喷泉发生装置（3）的定制三颈烧瓶（19）的另一个连接口连接；

所述氯化氢气体发生装置（5）上三出口烧瓶（24）的第三出口与第二件尾气处理装置（1）经带导管玻璃活塞（14）及玻璃导管（15）连接。

2.根据权利要求1所述的一种多色双喷泉实验装置，其特征在于，所述喷泉发生装置（3）分为两组，每组为二～五件，每组的数件喷泉发生装置（3）经定制三颈烧瓶（19）的连接口依次串联连接。

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