二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究

摘 要：人教版義務(wù)教育教科書九年級(jí)化學(xué)下冊(cè)第十單元第56頁“堿的化學(xué)性質(zhì)”中涉及二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)的描述，但因非金屬氧化物二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫與氫氧化鈉溶液反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，且教材并沒有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二者真的能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)這一類反應(yīng)時(shí)缺乏感性認(rèn)識(shí)，較難理解和掌握。為此，以“二氧化碳和氫氧化鈉溶液能不能反應(yīng)”為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究，以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，最終直觀地理解二氧化碳和氫氧化鈉溶液確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；氫氧化鈉；實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

眾所周知，二氧化碳?xì)怏w能使澄清石灰水變渾濁，但二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)卻無明顯現(xiàn)象，那么二氧化碳與氫氧化鈉溶液到底發(fā)生反應(yīng)了沒有？對(duì)于“本身能發(fā)生反應(yīng)但無明顯現(xiàn)象”的化學(xué)變化怎樣進(jìn)一步論證？本節(jié)課探究的課題就是：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二氧化碳和氫氧化鈉溶液確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)。

在課堂上我首先請(qǐng)學(xué)生閱讀課本第56頁“堿的化學(xué)性質(zhì)”，對(duì)二氧化碳和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)做初步了解，然后我以“二氧化碳和氫氧化鈉溶液能不能反應(yīng)”為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究。我們做過許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)，看過很多不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如：固體溶解，顏色變化，產(chǎn)生氣泡，試管內(nèi)液面上升、生成白色沉淀等。對(duì)于有明顯現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)很容易判斷反應(yīng)是否已發(fā)生，但對(duì)于無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)只能設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)才能證明反應(yīng)已發(fā)生，所以在學(xué)完很多物質(zhì)的性質(zhì)之后，要學(xué)會(huì)根據(jù)反應(yīng)物、生成物的不同性質(zhì)，反應(yīng)物、生成物的狀態(tài)變化等來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明CO2和NaOH溶液發(fā)生了反應(yīng)？請(qǐng)同學(xué)們結(jié)合學(xué)過的相關(guān)實(shí)驗(yàn)認(rèn)真思考并小組討論提出實(shí)驗(yàn)方案。5分鐘后，同學(xué)們分別描述了自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，必要時(shí)可繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖。下面對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及探討的課堂實(shí)錄做一簡(jiǎn)單敘述。

師：大家同意他的說法嗎？

生（全體）：鼓掌！

（老師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方案1和方案4都獲得了預(yù)期的現(xiàn)象）

師：在第六單元我們學(xué)過二氧化碳和水可反應(yīng)生成弱酸——碳酸，碳酸中也含有CO32-，如何判斷溶液中的CO32-是來自Na2CO3？若碳酸的存在能形成干擾，如何消除干擾？

生7：課本對(duì)碳酸做過介紹，H2CO3不穩(wěn)定，常溫時(shí)就可分解為CO2和H2O，受熱時(shí)，分解速率更快。要消除H2CO3的影響，需先將反應(yīng)后的溶液加熱，使H2CO3分解，再滴加足量的稀鹽酸即可。

生（全體）：鼓掌！

師：剛才這位同學(xué)分析得客觀準(zhǔn)確。但方案2和方案3還沒有評(píng)價(jià)。

生8：方案2和方案3是利用壓強(qiáng)的變化獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論，具有科學(xué)性，在練習(xí)題中經(jīng)常碰到這樣的裝置，應(yīng)該能獲得較理想的實(shí)驗(yàn)效果。

生9：在學(xué)習(xí)CO2的物理性質(zhì)時(shí)，CO2“能溶”于水，若CO2不能與NaOH反應(yīng)，只是溶于NaOH溶液中的水，也能出現(xiàn)“壓差”！

生10：我同意生9的看法，方案2和方案3只能說明CO2“可能”與H2O反應(yīng)，要增強(qiáng)說服力最好設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)。將方案2和方案3的實(shí)驗(yàn)裝置準(zhǔn)備兩套，液體試劑分別為水和NaOH溶液，通過氣球膨脹的程度不同以及試管內(nèi)倒流液面的高低不同充分說明CO2能與NaOH反應(yīng)。

生11：對(duì)以上說法我補(bǔ)充一點(diǎn)，兩液體試劑水、NaOH溶液的體積要相同，因?yàn)闅怏w溶解度和溶劑體積有關(guān)。

師：他們的分析有沒有道理？大家認(rèn)同嗎？

生（全體）：認(rèn)同！

師：非常精彩的“唇槍舌戰(zhàn)”！下面我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（老師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)及討論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，方案2和方案3的對(duì)比實(shí)驗(yàn)都獲得了預(yù)期的現(xiàn)象）

師：同學(xué)們的設(shè)計(jì)都成功地證明了CO2能與NaOH反應(yīng)，設(shè)計(jì)都各具特色，那么要完成該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是從哪些方面考慮的？

生12：一般從兩個(gè)方面考慮：一個(gè)是檢驗(yàn)反應(yīng)前某些物質(zhì)或離子的“消失”，另一個(gè)是檢驗(yàn)反應(yīng)后出現(xiàn)了新的物質(zhì)或離子。

生13：還有一個(gè)是從反應(yīng)前后由于物質(zhì)狀態(tài)的變化引起氣壓的變化考慮的。

師：總結(jié)得很好！請(qǐng)其他同學(xué)展示你的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

生14：我是依據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)變化來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的，具體過程為：先在集氣瓶中收集滿CO2，然后迅速地倒入NaOH溶液，用一個(gè)帶有U型管的橡皮塞塞緊，如果U型管中的液面發(fā)生變化，證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)（圖5）。

生15：我的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，用礦泉水瓶做實(shí)驗(yàn)（圖6）。先在礦泉水瓶中收集滿CO2，然后迅速倒入NaOH，蓋上瓶蓋，充分振蕩，由礦泉水瓶變癟證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

師：能利用生活用品做化學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出裝置簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)方案，真棒！下面我們?cè)僖淮尉劢狗桨?。通過檢測(cè)CO2通入NaOH溶液后出現(xiàn)新離子CO32-進(jìn)而證明CO2與NaOH溶液可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，那么能否借助其他途徑檢驗(yàn)CO32-？

生16：一般檢驗(yàn)碳酸根離子的試劑既可以是鹽酸等酸，也可以是CaCl2等鹽，所以方案4中也可以向少量變化后的溶液中滴加適量的CaCl2溶液，如果有沉淀產(chǎn)生，證明CO2與NaOH發(fā)生了

反應(yīng)。

生17：也可以將CaCl2溶液替換為Ca（OH）2溶液。

生18：CaCl2溶液可以替換為Ca（NO3）2溶液、BaCl2溶液、Ba（NO3）2溶液等，不能替換為Ca（OH）2溶液，因?yàn)镃O2與Ca（OH）2溶液也可以生成白色沉淀。

師：分析得很全面，此處確實(shí)不宜用Ca（OH）2溶液，原因是若CO2沒有與NaOH發(fā)生反應(yīng)，但可以溶解在NaOH溶液中，所以加入Ca（OH）2溶液時(shí)，即便出現(xiàn)白色沉淀，也不能完全肯定溶液中存在CO32-。

師：正因?yàn)镃O2與NaOH溶液反應(yīng)無現(xiàn)象，所以驗(yàn)證CO2與NaOH溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在中考題中頻頻出現(xiàn)。通過今天的探究討論，我相信每一位同學(xué)都有自己的所得所獲，書中還有很多的實(shí)驗(yàn)都是沒有明顯現(xiàn)象的，我們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中可以繼續(xù)進(jìn)行探究。

在初中化學(xué)教學(xué)中，充分利用化學(xué)學(xué)科“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”的基本特征，挖掘和開發(fā)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在探究性學(xué)習(xí)中的功能，對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)探究能力具有重要的意義?；瘜W(xué)教師要注重在教學(xué)中挖掘典型實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生開展探究實(shí)驗(yàn)提出要求和創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生開展探究實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)觀念和方式的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

薄祥國(guó).淺談化學(xué)實(shí)驗(yàn)在探究學(xué)習(xí)中的作用.中學(xué)生數(shù)理化：學(xué)研版，2011（10）.

注：本文是作者參加2013年蘭州市教師“個(gè)人課題”階段性研究成果材料。

作者簡(jiǎn)介：李瓊（1980.02—），男，學(xué)歷：本科，就職學(xué)校：甘肅省蘭州樹人中學(xué)，研究方向：中學(xué)化學(xué)教學(xué)。