用DIS實(shí)驗(yàn)探究NaOH與CO2的反應(yīng)

江蘇省南通市虹橋二中(226006) 陳繼清

1 研究背景

人教版9年級(jí)化學(xué)第10單元探究堿的化學(xué)性質(zhì)中，對(duì)于NaOH與CO2的反應(yīng),教材沒(méi)有介紹相應(yīng)的探究方法，書(shū)本中要求學(xué)生通過(guò)回憶檢驗(yàn)CO2的反應(yīng)來(lái)推導(dǎo)NaOH與CO2的反應(yīng)，并直接書(shū)寫(xiě)化學(xué)反應(yīng)方程式。檢驗(yàn)CO2時(shí)，將CO2氣體通入澄清石灰水中會(huì)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，而將CO2氣體通入氫氧化鈉溶液中卻無(wú)明顯現(xiàn)象，這讓學(xué)生在判斷NaOH與CO2是否能夠發(fā)生反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生了困惑。針對(duì)這種情況，一般初中化學(xué)教師常用如圖1所示的裝置來(lái)進(jìn)行NaOH與CO2反應(yīng)的探究。

圖1 常見(jiàn)的NaOH與CO2反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置

還有的教師用趣味實(shí)驗(yàn)——“雞蛋穿瓶”，來(lái)探究NaOH與CO2的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

圖2 “雞蛋穿瓶”實(shí)驗(yàn)裝

用以上實(shí)驗(yàn)裝置探究NaOH與CO2的反應(yīng)，還需做對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)排除水的干擾，或用稀鹽酸驗(yàn)證反應(yīng)后的產(chǎn)物，來(lái)確證NaOH與CO2發(fā)生了反應(yīng)。以上實(shí)驗(yàn)演示起來(lái)比較繁瑣，有的實(shí)驗(yàn)甚至很難做成功。筆者通過(guò)自制實(shí)驗(yàn)裝置，利用現(xiàn)今較流行、實(shí)用的DIS實(shí)驗(yàn)來(lái)探究NaOH與CO2的反應(yīng)，效果較好。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

數(shù)字化信息系統(tǒng)(含壓強(qiáng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器、筆記本電腦等)、細(xì)口瓶(集滿 CO2氣體)1個(gè)、注射器2個(gè)、三角閥1個(gè)、醫(yī)用細(xì)塑料管若干、單孔橡皮塞1個(gè)、氫氧化鈉溶液50 mL、水50 mL。

3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置圖

4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)如圖3所示，關(guān)閉閥門(mén)K1和K2，在注射器1和注射器2中分別注入50 mL水和氫氧化鈉溶液，連接好儀器裝置。

(2)打開(kāi)數(shù)字化信息系統(tǒng)操作界面，先點(diǎn)擊“示波”，再點(diǎn)擊“開(kāi)始”， 此時(shí)壓強(qiáng)傳感器測(cè)量到的是瓶?jī)?nèi)CO2氣體的壓強(qiáng)。

(3)打開(kāi)K1，向瓶?jī)?nèi)注入50 mL水后，關(guān)閉K1。充分振蕩細(xì)口瓶，觀察波形圖。

(4)打開(kāi)K2，向瓶?jī)?nèi)注入50 mL氫氫化鈉溶液后，關(guān)閉K2。充分振蕩細(xì)口瓶，觀察波形圖。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

6 實(shí)驗(yàn)分析

圖4中，曲線起點(diǎn)至a點(diǎn)反映的是瓶?jī)?nèi)原始?xì)鈮?。a點(diǎn)至b點(diǎn)曲線上升，是由于注入了50 mL水對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體形成擠壓，從而使壓強(qiáng)增大。b點(diǎn)至c點(diǎn)，曲線下滑，是由于水吸收了少部分CO2氣體，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小。 c點(diǎn)至d點(diǎn)曲線又上升，是由于注入了氫氧化鈉溶液對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體形成擠壓，從而使壓強(qiáng)增大。d點(diǎn)至e點(diǎn)，曲線下滑幅度很大，是由于氫氧化鈉溶液快速與瓶?jī)?nèi)大量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)迅速減小。曲線de段與曲線bc段形成鮮明對(duì)比，說(shuō)明NaOH溶液與CO2發(fā)生了反應(yīng)。

7 實(shí)驗(yàn)意義

通過(guò)DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)芏?、直觀地探究NaOH與CO2的反應(yīng)，使學(xué)生有深刻的感性認(rèn)識(shí)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中“無(wú)明顯現(xiàn)象”的化學(xué)反應(yīng)以數(shù)字化形式呈現(xiàn)出來(lái)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加精確。同時(shí)通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形圖的分析討論，可以培養(yǎng)學(xué)生分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。化學(xué)教師在教學(xué)中結(jié)合具體情況設(shè)計(jì)開(kāi)展DIS實(shí)驗(yàn)，能夠在傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到很好的輔助作用。