多角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)

呂彩云

摘要：氫氧化鈉是初中化學(xué)最常用的堿，氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)是中考化學(xué)的重要反應(yīng)，也是高中化學(xué)的基礎(chǔ)。該反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，教材沒有編排實驗，學(xué)生對此認(rèn)識模糊，難以應(yīng)用。因此，筆者帶領(lǐng)學(xué)生從多個角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。該實驗探究從定性上升到定量，有助于學(xué)生初高中化學(xué)銜接學(xué)習(xí)，全面提升核心素養(yǎng)。

一、實驗背景

氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)是初中化學(xué)的重要反應(yīng)，也是高中化學(xué)的基礎(chǔ)。課本中類比氫氧化鈣與二氧化碳反應(yīng)得出相應(yīng)的反應(yīng)方程式。該反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，對該反應(yīng)是否發(fā)生學(xué)生存在疑問，這給學(xué)生帶來很大思考空間。學(xué)生為探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)，設(shè)計塑料瓶變癟實驗，通過對比瓶子變癟程度說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。筆者對學(xué)生的質(zhì)疑和探究精神給予充分肯定，為鍛煉學(xué)生發(fā)散性思維能力，筆者帶領(lǐng)學(xué)生從多個角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

二、實驗教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能 掌握用對照實驗的思想探究物質(zhì)的性質(zhì)

（二）過程與方法 學(xué)生自主探究、動手實驗，培養(yǎng)學(xué)生多角度探究實驗?zāi)芰?/p>

（三）情感態(tài)度與價值觀 實驗從定性到定量，有助于學(xué)生初高中化學(xué)銜接學(xué)習(xí)，全面提升核心素養(yǎng)

三、實驗儀器及用品

廣口瓶、長頸漏斗、導(dǎo)管（帶膠塞）、試管、試管架、大燒杯、三角架、酒精燈、電子天平（精確度為0.001g）、乳膠手套、白色托盤、小燒杯、膠頭滴管、pH傳感器、沸水、泡騰片、水、氫氧化鈉溶液、石灰石、稀鹽酸等

四、實驗原理

為探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)，學(xué)生設(shè)計塑料瓶變癟實驗。有同學(xué)提出質(zhì)疑：二氧化碳與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)也會出現(xiàn)瓶子變癟現(xiàn)象。于是，學(xué)生又設(shè)計對照實驗，通過對比瓶子變癟程度說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。為鍛煉學(xué)生發(fā)散性思維能力，筆者又引導(dǎo)學(xué)生從定性和定量角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

一是分別取等體積水和氫氧化鈉溶液于兩支試管中，分別向其中通入二氧化碳。5分鐘后，同時水浴加熱兩支試管。盛水的試管中有氣泡冒出，說明溶解在水中的二氧化碳受熱逸出，盛氫氧化鈉的試管中沒有氣泡冒出，說明氫氧化鈉吸收二氧化碳，即氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

二是用電子天平定量探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。設(shè)計對照實驗：取兩只規(guī)格相同的小燒杯，其中一只燒杯中盛20mL水，另一只燒杯中盛20mL水和1.5g氫氧化鈉配成的氫氧化鈉溶液。然后將兩片泡騰片（8g）分別加入兩只燒杯中，會產(chǎn)生過量的二氧化碳。這些二氧化碳一部分被水吸收，另一部分逸散到空氣中，從而導(dǎo)致反應(yīng)前后總質(zhì)量減少（為可控性較強(qiáng)，整個實驗過程中將燒杯、溶液、泡騰片一起稱量）。如果二氧化碳不和氫氧化鈉反應(yīng)，對照兩個實驗，反應(yīng)前后總質(zhì)量減少量會相等。然而實驗之后發(fā)現(xiàn)總質(zhì)量減少量不同。盛氫氧化鈉溶液的燒杯總質(zhì)量減少量比盛水的燒杯總質(zhì)量減少量更小，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

三是用pH傳感器準(zhǔn)確采集氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的pH變化數(shù)據(jù)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行圖像顯示pH值逐漸減小，溶液堿性減弱，OH-數(shù)目減少，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

五、實驗教學(xué)過程

1.情境引入

氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)無明顯現(xiàn)象，學(xué)生設(shè)計塑料瓶變癟實驗。

2.提出質(zhì)疑

二氧化碳與氫氧化鈉溶液中的水反應(yīng)也能出現(xiàn)瓶子變癟的現(xiàn)象。于是學(xué)生又設(shè)計對照實驗。通過對比瓶子變癟程度，說明二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)（如圖1）。

筆者又引導(dǎo)學(xué)生從定性和定量角度設(shè)計以下對照實驗探究氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

第一，分別取等體積水和氫氧化鈉溶液于兩支試管中，再分別向其中通入二氧化碳，5分鐘后，同時水浴加熱兩支試管。實驗過程中發(fā)現(xiàn)盛水的試管中有氣泡冒出，說明溶解在水中的二氧化碳受熱逸出，盛氫氧化鈉的試管中沒有氣泡冒出，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)（如圖2）。

第二，分別取規(guī)格相同的兩只小燒杯，其中一只燒杯中盛20mL水，另一只燒杯中盛20mL水和1.5g氫氧化鈉配成的氫氧化鈉溶液，然后向兩只燒杯中分別加入兩片泡騰片（8g），剛加入泡騰片時分別記錄總質(zhì)量，反應(yīng)結(jié)束后分別記錄總質(zhì)量。我們整理實驗數(shù)據(jù)（如表1），盛水的燒杯反應(yīng)前后總質(zhì)量減少量為1.149g，盛氫氧化鈉溶液的燒杯反應(yīng)前后總質(zhì)量減少量為0.892g，根據(jù)實驗原理反應(yīng)前后總質(zhì)量減少量即為逸散到空氣中二氧化碳的質(zhì)量。對比減少量，得出盛氫氧化鈉溶液的燒杯反應(yīng)前后總質(zhì)量減少量更小，說明氫氧化鈉吸收二氧化碳，即氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)（如圖3、 圖4）。

第三，利用pH傳感器準(zhǔn)確采集氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的pH變化數(shù)據(jù)（傳感器一端連接電腦，另一端連接二氧化碳發(fā)生裝置），筆者用希沃傳屏的方法將反應(yīng)過程的圖像展示給學(xué)生，圖像顯示pH值逐漸減小，溶液堿性減弱，OH-數(shù)目減少，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。（如圖5、圖6）。

六、實驗創(chuàng)新要點

一是實驗從定性到定量，有助于學(xué)生初高中化學(xué)銜接學(xué)習(xí)，初高中化學(xué)銜接不但是知識的銜接、學(xué)習(xí)方法的銜接、更是思維方式的銜接，三者相輔相成、互為促進(jìn)，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)

二是從生活中取材，用泡騰片代替二氧化碳，操作方便，實驗效果很好，體現(xiàn)了化學(xué)與生活的關(guān)系

三是數(shù)字化實驗探究化學(xué)反應(yīng)，使實驗實時化、可視化、定量化，讓學(xué)生體會新技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用

七、實驗教學(xué)反思

本實驗的探究過程充分體現(xiàn)了以學(xué)生為本的教學(xué)理念，引導(dǎo)學(xué)生從多角度探究實驗，有助于學(xué)生發(fā)散性思維能力和核心素養(yǎng)的提升，為學(xué)生終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

多次實驗，不斷嘗試后達(dá)到很好的實驗效果，讓我們更加堅信“失敗乃成功之母”。探究實驗過程不是簡單地、直接地讓學(xué)生去掌握前人的科學(xué)結(jié)論，而是要引導(dǎo)學(xué)生“像以前的科學(xué)家”那樣，通過實驗探究規(guī)律、發(fā)現(xiàn)真理。