探究二氧化碳和氫氧化鈉溶液是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)

李春紫

摘要：人教版義務(wù)教育教科書(shū)九年級(jí)化學(xué)下冊(cè)第十單元第 56 頁(yè)“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(méi)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(lèi)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是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)”為切入點(diǎn)，進(jìn)行探究，以便在今后的教學(xué)過(guò)程中能提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，最終讓學(xué)生能直觀(guān)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(wú)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(méi)有？對(duì)于“本身能發(fā)生反應(yīng)但無(wú)明顯現(xiàn)象”的化學(xué)變化怎樣進(jìn)一步論證？本課題就對(duì)“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)”進(jìn)行探究。

我們做過(guò)許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)，看過(guò)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(wú)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(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

【原理一】利用氣體壓強(qiáng)差

方案一：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示（錐形瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)CO2，分液漏斗內(nèi)裝NaOH溶液）

1.實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)瓶塞和活塞，使NaOH溶液快速滴入錐形瓶中，立即關(guān)閉活塞（漏斗中仍有溶液剩余）

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：觀(guān)察到U形管左側(cè)的紅墨水液面升高。

3實(shí)驗(yàn).結(jié)論：CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)

4. 實(shí)驗(yàn)分析： U型管左側(cè)液面升高，說(shuō)明錐形瓶?jī)?nèi)氣壓減小，即CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)?；瘜W(xué)方程式：2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

在學(xué)習(xí) CO2的物理性質(zhì)時(shí)，我們知道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”。為了增強(qiáng)說(shuō)服力我設(shè)計(jì)了對(duì)比試驗(yàn)如下：

【對(duì)比實(shí)驗(yàn)】將方案一中的NaOH溶液換成蒸餾水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

1.實(shí)驗(yàn)步驟：打開(kāi)瓶塞和活塞，使蒸餾水快速滴入錐形瓶中，立即關(guān)閉活塞（漏斗中仍有蒸餾水剩余，補(bǔ)充：加入蒸餾水的體積與NaOH 溶液相同）（圖2）

2.現(xiàn)象：觀(guān)察到U形管右側(cè)的紅墨水液面升高，振蕩后U形管左側(cè)的紅墨水液面回流一小段。

3.結(jié)論：CO2和NaOH確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)

4.分析：該實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明CO2“能溶或與水發(fā)生反應(yīng)”，但由此消耗的CO2量是很少的，所造成的壓強(qiáng)差不足以使U形管左側(cè)的紅墨水液面升高。因此進(jìn)一步驗(yàn)證了CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

方案二：實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示：

1.實(shí)驗(yàn)步驟：在錐形瓶收集一瓶 CO2，迅速倒入適量的NaOH 溶液，然后立即用一個(gè)帶有導(dǎo)管的塞子塞緊瓶口，導(dǎo)管的一端扎上一個(gè)氣球。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：氣球鼓起

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)

4.實(shí)驗(yàn)分析：該實(shí)驗(yàn)的不足之處與方案一相同，也應(yīng)該設(shè)計(jì)了一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)來(lái)證明氣球鼓起的主要原因是CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)，而不是CO2“能溶”于水造成的。

【原理二】探究生成物

方案三：將氯化鈣溶液加入方案一實(shí)驗(yàn)后錐形瓶?jī)?nèi)的溶液中

1.實(shí)驗(yàn)步驟：取方案一實(shí)驗(yàn)后錐形瓶?jī)?nèi)的溶液適量，加入足量的CaCl2溶液；

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：白色沉淀生成

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)

4.實(shí)驗(yàn)分析：該實(shí)驗(yàn)依然不嚴(yán)密，原因是生成的白色沉淀也可能是氯化鈣與氫氧化鈉反應(yīng)生成的微溶物氫氧化鈣 化學(xué)方程式：

CaCl2 +2NaOH=Ca（OH）2↓+ 2NaCl

方案四：將稀鹽酸加入方案一實(shí)驗(yàn)后錐形瓶?jī)?nèi)的溶液中

1.實(shí)驗(yàn)步驟：取方案一實(shí)驗(yàn)后錐形瓶?jī)?nèi)的溶液適量，加入足量的稀鹽酸；

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：產(chǎn)生大量氣泡

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)

4.分析：產(chǎn)生大量氣泡的原因是CO2和NaOH反應(yīng)生成的碳酸鈉與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)，生成了CO2氣體。該實(shí)驗(yàn)足以證明CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)，且比較嚴(yán)密。

今天通過(guò)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)”的探究中，我們更能體會(huì)到在初中化學(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(kāi)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。

參考文獻(xiàn)：

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[2]洪茲田、陳女婷.初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新視角： 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015（2）

[3] 劉懷樂(lè).對(duì)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)證探索和理性思考：化學(xué)教育，2004（9）

（作者單位：廣西南寧沛鴻民族中學(xué) 530001）endprint