實(shí)驗(yàn)探究“檸樂”

鄧康善

摘要：用所學(xué)內(nèi)容解決實(shí)際問題是當(dāng)前我國(guó)教育的目標(biāo)和內(nèi)在要求.高中化學(xué)知識(shí)，涉及很多生活化的內(nèi)容。日常生活中我們都會(huì)接觸到許多隱藏在身邊的化學(xué)知識(shí)，不斷的發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更能加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，引起他們探索身邊事物積極性。本文通過分析日常生活中的飲料“檸樂”，先應(yīng)用生活中的物品進(jìn)行基本猜想，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行深化分析，深化分析弱電解質(zhì)在溶液中的電離平衡。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)酸制弱酸；弱酸的電離平衡；化學(xué)與生活

1一杯飲料引發(fā)的思考

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景和目的：

大部分學(xué)生對(duì)于酸與酸之間的轉(zhuǎn)化仍停留在“強(qiáng)酸制弱酸”的思維上，如：鹽酸（強(qiáng)酸）制備碳酸（弱酸），HCl+NaHCO3==NaCl+CO2↑+H2O，思維仍停留在強(qiáng)酸（鹽酸）把氫離子給予了弱酸根離子（CO32-），而忽略了弱酸根離子結(jié)合氫離子的能力。為幫助學(xué)生更好理解弱酸的電離平衡的原理，設(shè)計(jì)了兩個(gè)生活實(shí)驗(yàn)（全部的藥品為生活中的物品，學(xué)生課后也可以在家中反復(fù)進(jìn)行），通過查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)起學(xué)生分析事物本質(zhì)的興趣，為進(jìn)一步深入分析起到拋磚引玉的作用。

1.2實(shí)驗(yàn)一《制備“檸樂”》——酸的初探

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^檸檬汁與可樂混合，比較檸檬酸與醋酸的酸性。

（2）儀器和藥品：檸檬，可樂，小刀，一次性手套，一次性塑料杯，過濾網(wǎng)。

（3）制備與現(xiàn)象：帶好手套，將可樂倒入一次性塑料杯中，將檸檬切開，榨汁，為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不受果肉的影響，用過濾網(wǎng)過濾檸檬汁。將檸檬汁加入可樂中，可觀察到有大量氣泡產(chǎn)生。

（4）分析：檸檬汁里有檸檬酸，可樂里有碳酸

（5）結(jié)論和猜想：弱酸也能制備弱酸？

（6）查閱資料[1]：25℃時(shí)部分弱酸的電離平衡常數(shù)。

（7）設(shè)計(jì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)：弱酸的第一步電離平衡常數(shù)越大，酸性越強(qiáng)。根據(jù)數(shù)據(jù)，我們不難看出酸性由大到小的順序是檸檬酸、醋酸、碳酸。根據(jù)初中“強(qiáng)酸制弱酸”類似的原理，我們可以通過強(qiáng)酸與弱酸對(duì)應(yīng)的鹽反應(yīng)，驗(yàn)證這一原理是否能推出“相對(duì)強(qiáng)酸制備相對(duì)弱酸”。請(qǐng)同學(xué)們思考并應(yīng)用家中物品，進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

1.3實(shí)驗(yàn)二《驗(yàn)證酸性的強(qiáng)弱》——本質(zhì)的探索

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^檸檬汁、白醋分別與小蘇打反應(yīng)，比較檸檬酸、醋酸與碳酸的酸根離子結(jié)合氫離子的能力。

（2）儀器和藥品：檸檬汁、食用小蘇打、白醋

（3）實(shí)驗(yàn)：檸檬酸與小蘇打（NaHCO3）反應(yīng)，醋酸與小蘇打反應(yīng)（NaHCO3）

（4）結(jié)論與總結(jié)：從上述實(shí)驗(yàn)我們不難看出，我們只要選擇比碳酸要“強(qiáng)”的酸，與碳酸氫根（HCO3-）反應(yīng)，就能制備出碳酸。這類“強(qiáng)”酸它們都起到提供H+的作用，那么碳酸的產(chǎn)生必定與碳酸氫根（HCO3-）結(jié)合H+的能力有關(guān)，而且碳酸氫根（HCO3-）結(jié)合H+能力，必定比檸檬酸第一步電離的離子和醋酸根離子強(qiáng)。

2深入與建立繼續(xù)探究

2.1深入分析

2.1.1理論的沖突，矛盾引發(fā)思考

細(xì)心的同學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述的實(shí)驗(yàn)分析和設(shè)計(jì)，與制備“檸樂”的過程中產(chǎn)生起泡的原理，參與反應(yīng)的物質(zhì)不完全對(duì)應(yīng)。實(shí)驗(yàn)一的檸檬汁里含有檸檬酸，可樂是碳酸飲料，里面含有的是碳酸，研究對(duì)象都是酸；實(shí)驗(yàn)二的研究對(duì)象是酸和鹽。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象不同，能相互印證嗎？

2.1.2分析碳酸中的電離平衡和檸檬酸中的電離平衡

其實(shí)上面的實(shí)驗(yàn)只印證了最基本的理論——弱酸根離子的結(jié)合能力比較。檸檬汁加入可樂中產(chǎn)生氣泡，還涉及到電離平衡的移動(dòng)。

CO2+H2O H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO32-

在可樂中碳酸處于上面的平衡狀態(tài)。碳酸和碳酸氫根都會(huì)部分電離出少量氫離子。若將碳酸氫根也定義為酸，它的電離程度可定比碳酸弱，同時(shí)也比檸檬酸弱。將檸檬汁中的檸檬酸也存在電離平衡，會(huì)部分電離出氫離子。根據(jù)平衡移動(dòng)原理，若氫離子的濃度增大，上述平衡就會(huì)向逆方向移動(dòng)。下面請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可樂與檸檬汁中氫離子的濃度。

2.1.3實(shí)驗(yàn)三《測(cè)pH值》——電離平衡的深化

利用pH計(jì)測(cè)量可樂的pH值為2.46；檸檬汁的pH值為2.31（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)受實(shí)驗(yàn)溫度，可樂的牌子和檸檬汁的質(zhì)量等影響，請(qǐng)以實(shí)際測(cè)量為準(zhǔn)）。根據(jù)數(shù)據(jù)我們不難看出檸檬汁中的氫離子濃度比可樂中的氫離子濃度大。當(dāng)向可樂中加入檸檬汁后，可樂中的氫離子濃度增大，碳酸的電離平衡逆向移動(dòng)，產(chǎn)生二氧化碳，造成起泡。

2.2建立繼續(xù)探究

細(xì)心的同學(xué)發(fā)現(xiàn)，可樂和檸檬汁的pH值其實(shí)很相近，換算成物質(zhì)的量濃度，可樂的氫離子濃度為0.0036mol/L，檸檬汁的氫離子濃度為0.0049mol/L，數(shù)值上相差很少，能產(chǎn)生這么大量的氣泡嗎？

實(shí)驗(yàn)四《空白實(shí)驗(yàn)》——繼續(xù)調(diào)動(dòng)學(xué)生深思

用塑料杯取兩杯可樂，分別向中其中加入等量的檸檬汁和蒸餾水。發(fā)現(xiàn)兩杯中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相近。通過空白實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，我們可以調(diào)動(dòng)學(xué)生繼續(xù)深究產(chǎn)生大量氣泡的主要原因，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，建立繼續(xù)研究不斷學(xué)習(xí)的思路。

3小結(jié)

通過對(duì)“檸樂”制備過程中產(chǎn)生氣泡的猜想，我們知道氣泡的產(chǎn)生與酸根離子的結(jié)合能力有關(guān)，與弱電解質(zhì)的電離平衡有關(guān)，與溶液中的離子濃度有關(guān)，同時(shí)我們也學(xué)習(xí)了探究事物本質(zhì)的方法，如大膽猜想，查越資料，對(duì)比已學(xué)知識(shí)，充分運(yùn)用身邊事物，驗(yàn)證猜想。經(jīng)過該實(shí)驗(yàn)探究更深化了弱電解質(zhì)在水溶液中的電離平衡理論的理解。通過空白實(shí)驗(yàn)，同時(shí)建立科學(xué)不斷研究的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅獻(xiàn)彩.《大學(xué)化學(xué)》 上冊(cè).北京：高等教育出版社，1999：422頁(yè)