“酸堿中和反應(yīng)”實驗中酚酞的尷尬角色

荊麗田 楊彩霞

（1.蘭州市第四十九中學(xué) 甘肅蘭州 730070；2.西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 甘肅 蘭州 730070）

一、問題的提出

人教版九年級化學(xué)（下）“酸和堿的中和反應(yīng)”課題中，在探究酸和堿是否發(fā)生了反應(yīng)以及酸和堿反應(yīng)的實質(zhì)時，教材編寫的實驗如下：

實驗10-8 如圖所示：在燒杯中加入約5 mL稀氫氧化鈉溶液，滴入幾滴酚酞溶液，用滴管慢慢滴入稀鹽酸，并不斷攪拌溶液，至溶液顏色恰好變?yōu)闊o色為止（圖見課本60頁）。

筆者發(fā)現(xiàn)這個實驗在教學(xué)過程并不能很好地輔助教學(xué)，課堂實驗演示并沒有達到預(yù)期的教學(xué)目的。對實驗現(xiàn)象，有些學(xué)生認(rèn)為指示劑遇酸或堿的變化是物理變化，還有學(xué)生對實驗結(jié)論始終處于困惑之中。

筆者查閱了人教版初中化學(xué)課本的其他幾個版本，包括20 世紀(jì)80 年代的初級中學(xué)化學(xué)（全一冊）到2012 版九年級化學(xué)（下冊）等教材，［1-3］其中關(guān)于酸堿中和反應(yīng)的實驗，都是用酚酞做指示劑，在氫氧化鈉溶液中滴加鹽酸，溶液由紅色變?yōu)闊o色，據(jù)此判斷酸和堿發(fā)生了反應(yīng)。仔細分析，人教版課本編著者在編寫這個實驗的過程中，借鑒了高中酸堿中和滴定實驗的內(nèi)容。那么，在九年級化學(xué)課本中這個實驗的呈現(xiàn)是否符合九年級學(xué)生的認(rèn)知情況呢？教師需從學(xué)生的認(rèn)知能力及酚酞在酸堿反應(yīng)中的變色原理去分析。

二、酚酞在“酸堿中和反應(yīng)”實驗中的角色和變色機理

酚酞是二元弱酸的內(nèi)酯，能夠水解為陰離子（見圖1）。

圖1 酚酞的水解

其水溶液為無色的酸性溶液，在酸性或堿性條件下存在下列平衡（見圖2）。

圖2 酚酞的酸堿平衡

在以酚酞做指示劑的堿性溶液中，由于溶液呈堿性，使得圖2中的平衡向共軛鏈增長的醌式結(jié)構(gòu)移動，因此溶液呈紅色；當(dāng)加入稀鹽酸時，鹽酸中的氫離子與原平衡體系中的氫氧根離子反應(yīng)生成水，溶液堿性逐漸減弱，使得圖2中的平衡向共軛鏈縮短的酚式結(jié)構(gòu)移動，溶液呈無色。［4］通過酚酞做指示劑，在酸堿中和反應(yīng)中不僅證明了酸、堿之間發(fā)生了中和反應(yīng)，而且可依據(jù)溶液顏色變化來判斷酸、堿中和反應(yīng)的終點，這即是酚酞在酸堿中和反應(yīng)中的變色機理。

對高二學(xué)生而言，他們已具有初中化學(xué)酸堿反應(yīng)的基礎(chǔ)知識，是在學(xué)習(xí)了化學(xué)平衡以及電離平衡之后進一步學(xué)習(xí)酸堿中和滴定。學(xué)生已經(jīng)建立了化學(xué)平衡的概念，并且在課本閱讀材料中，也介紹了酸堿指示劑在酸性及堿性條件下，平衡移動的知識。所以，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)階段，學(xué)生理解和掌握關(guān)于酸堿中和的本質(zhì)，以及設(shè)計用指示劑判斷酸堿中和的滴定終點，相對而言，水到渠成；課本編排的順序是合理的。

三、酚酞在初中化學(xué)“酸堿中和反應(yīng)”實驗中的尷尬角色分析

九年級學(xué)生在學(xué)習(xí)溶液內(nèi)容時，對于物質(zhì)的溶解，以及在改變條件時，溶質(zhì)在飽和溶液中結(jié)晶的知識，只有初步的了解，還沒有形成系統(tǒng)的化學(xué)平衡思想，也就無法深入理解指示劑在酸堿中和反應(yīng)中的化學(xué)反應(yīng)機理。筆者也聽過一些老師的公開課，一些老師為了迎合學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的課堂模式，先提出問題：酸和堿會發(fā)生反應(yīng)嗎？然后讓學(xué)生自己設(shè)計實驗，學(xué)生事先預(yù)習(xí)了，當(dāng)然會按課本所設(shè)定的實驗來設(shè)計。也有些學(xué)生有所創(chuàng)新，把課本上的酚酞溶液更改為石蕊試液，或把鹽酸加入到氫氧化鈉溶液中，更改為將氫氧化鈉溶液加入到鹽酸中。最后通過演示實驗或?qū)W生實驗，得出了酸和堿確實發(fā)生了反應(yīng)。但課后問學(xué)生為什么這樣設(shè)計實驗，學(xué)生自己也說不清楚，學(xué)生對自己所“設(shè)計”的實驗也一知半解，對實驗的結(jié)論當(dāng)然更是稀里糊涂。

也有化學(xué)教師在講解“酸堿中和反應(yīng)”時，常常會設(shè)計如下教學(xué)過程：先復(fù)習(xí)回顧已學(xué)過的酸和堿的化學(xué)性質(zhì)，接著提出問題：“酸和堿之間是否會發(fā)生反應(yīng)呢？”，然后做補充演示實驗：在一定量的氫氧化鈉溶液中逐滴加入稀鹽酸溶液；老師又提出問題：“沒有明顯現(xiàn)象，是不是酸和堿之間不發(fā)生反應(yīng)呢？”“如何設(shè)計實驗證明酸和堿之間發(fā)生了反應(yīng)？”在教師的啟發(fā)和閱讀課本的過程中，學(xué)生被動接受了課本上所設(shè)計的實驗。老師對實驗現(xiàn)象的分析和講解如下：通過前面的學(xué)習(xí)，我們知道氫氧化鈉溶液呈堿性，能使酚酞溶液變紅色，在加有酚酞溶液的氫氧化鈉溶液中，逐滴滴加稀鹽酸時，紅色溶液逐漸變?yōu)闊o色。這說明加入一定量的鹽酸后，溶液不呈堿性了，由此證明了鹽酸和氫氧化鈉溶液確實發(fā)生了反應(yīng)……

對于九年級學(xué)生來說，對實驗中酚酞的顏色變化的理解，會出現(xiàn)兩種情況：

一種理解是這個變化是物理變化。雖然老師強調(diào)過指示劑遇酸、堿變色的性質(zhì)屬于酸、堿的化學(xué)通性，但由于前面學(xué)過的化學(xué)變化（反應(yīng)）都有對應(yīng)的化學(xué)方程式，而老師沒有教過酚酞在此反應(yīng)中變化的化學(xué)方程式，課本上也沒有。這樣在思想上，學(xué)生錯誤地把指示劑的變色理解為簡單的物理變化，而且由酚酞在酸堿中和反應(yīng)過程中的變化所得的實驗現(xiàn)象和結(jié)論，似乎更確定了他們理解的“正確性”。這樣錯誤的理解容易形成歪打正著的認(rèn)知，自然把酚酞在酸堿反應(yīng)中顏色的變化，認(rèn)為是酸堿確實發(fā)生反應(yīng)的證據(jù)。殊不知自己的理解本身是錯誤的。

另一種理解是這個變化是化學(xué)變化。酚酞加入氫氧化鈉溶液中變?yōu)榧t色，是由于酚酞與氫氧化鈉反應(yīng)生成一種紅色的新物質(zhì)，再在紅色溶液中滴加鹽酸的過程中，溶液逐漸變?yōu)闊o色。這是由于紅色物質(zhì)與鹽酸反應(yīng)，生成了無色的另一種新物質(zhì)。持這種觀點的同學(xué)，思維正確了，但困惑也出現(xiàn)了：這明明是兩個不同的化學(xué)反應(yīng)，而不是最后得出的結(jié)論——反應(yīng)只是發(fā)生在酸和堿之間的一個反應(yīng)，也即是說，老師的演示實驗在他們的理解中，就無法證明氫氧化鈉和鹽酸確實發(fā)生了反應(yīng)。這會使他們糾結(jié)于演示實驗的現(xiàn)象和結(jié)論，以至于有些同學(xué)對化學(xué)實驗的科學(xué)性提出質(zhì)疑。敢于質(zhì)疑的學(xué)生可能會來問老師，老師將會用高中的知識給他們予以解釋，但是，學(xué)生依然會一知半解；不善于質(zhì)疑的學(xué)生或許就一直困惑到高中。

因此，人教版九年級課本中利用酚酞做指示劑，證明酸堿中和反應(yīng)的實驗設(shè)計對教學(xué)并沒有起應(yīng)有的輔助作用，酚酞在該實驗中無疑是尷尬的角色。

四、對九年級化學(xué)“酸和堿”單元知識編寫的建議

化學(xué)研究的對象是物質(zhì)，對學(xué)生而言，學(xué)習(xí)化學(xué)知識就是逐漸認(rèn)識物質(zhì)的過程?；瘜W(xué)知識的呈現(xiàn)，應(yīng)該是由淺入深，由表及里，層層遞進，也理應(yīng)符合學(xué)生認(rèn)知的螺旋式遞進規(guī)律?；瘜W(xué)教科書的編纂也應(yīng)該遵循這樣的規(guī)律。

實驗是化學(xué)研究的主要方法，實驗也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、探究物質(zhì)性質(zhì)及其變化的非常有效的手段，而化學(xué)演示實驗是化學(xué)教師教學(xué)中不可或缺。在化學(xué)學(xué)習(xí)中通過觀察恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)演示實驗的現(xiàn)象，學(xué)生可以加深對物質(zhì)變化的認(rèn)識，增強對化學(xué)知識的理解，開拓化學(xué)實驗探究的思維。恰當(dāng)合理的實驗設(shè)計能使教師的教學(xué)效果達到事半功倍的效果，更重要的是能很好地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的素養(yǎng)。化學(xué)實驗應(yīng)該在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上進行設(shè)計。

筆者在多年的九年級化學(xué)教學(xué)過程中，嘗試將人教版課本的內(nèi)容，尤其一些演示實驗進行了整合，現(xiàn)將“酸和堿”單元的內(nèi)容整合情況列于表1。

從表1中可以看出，筆者把課題二中溶液的酸堿度部分調(diào)整到課題一中，設(shè)計的實驗也進行了相應(yīng)的整合。將課題一中溶液的導(dǎo)電性和溶液的酸堿度合并到一個大標(biāo)題下，并增加了用手持pH計測定溶液酸堿度的實驗。在課題二中把酸堿中和反應(yīng)的實驗進行了改進，由原來沿用高中酸堿中和滴定實驗的指示劑法，改為利用pH測定法證明酸和堿確實發(fā)生了反應(yīng)。

整合后的優(yōu)點：課題一中酸的酸性和堿的堿性，以及溶液酸堿性的關(guān)系更加清晰，能夠在課題二中水到渠成地用pH測定法，代替指示劑法確定酸堿中和反應(yīng)的本質(zhì)。pH測定法是：在稀氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸溶液（當(dāng)然也可以是在稀鹽酸溶液中滴加稀氫氧化鈉溶液）過程中，通過多次測定溶液的pH，直觀地顯示溶液中氫氧根離子（或氫離子）的變化過程，學(xué)生由此清楚地獲得鹽酸和氫氧化鈉確實發(fā)生了反應(yīng)，并且反應(yīng)的實質(zhì)是氫離子和氫氧根離子發(fā)生了反應(yīng)，生成了水。教師再通過設(shè)計動畫模型，使學(xué)生形象地獲知酸堿中和反應(yīng)的實質(zhì)——氫離子和氫氧根離子結(jié)合生成了水。

整合后的教學(xué)材料，對學(xué)生自主探究酸堿反應(yīng)實質(zhì)的學(xué)習(xí)鋪墊了基礎(chǔ)素材，便于學(xué)生有根據(jù)地設(shè)計中和反應(yīng)的驗證實驗。當(dāng)然這樣的整合也有其弊端，就是課題一的內(nèi)容過多，教學(xué)過程由原來的二到三課時增加到三至四課時，但為了教學(xué)效果的優(yōu)化，筆者認(rèn)為整合是必要的。因為教學(xué)過程畢竟是在課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，教師針對學(xué)情，對教材、素材再加工、再整合的過程。