氫氧化鈉固體和二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)新發(fā)現(xiàn)

馮卓玲

一、提出問題

很多固態(tài)物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但反應(yīng)時的現(xiàn)象并不明顯。例如，氫氧化鈉固體與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)時就沒有明顯可觀、可感的實驗現(xiàn)象，教材中也沒有用實驗的方式推導(dǎo)出反應(yīng)方程式，而是直接給出二者反應(yīng)的化學(xué)方程式。

如何直觀地反應(yīng)實驗過程，讓同學(xué)們更易掌握其中的知識點？在老師的指導(dǎo)下，我在傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上引入數(shù)字化技術(shù)，對實驗進行了探究和創(chuàng)新設(shè)計。

二、實驗設(shè)計

（一）實驗1：探究水、氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應(yīng)

1.實驗器材

錐形瓶、注射器、橡皮塞、氣壓傳感器、磁力攪拌器、電腦。二氧化碳?xì)怏w、20 mL清水、20 mL15%的氫氧化鈉溶液。

2.實驗過程

連接好儀器后，電腦開始采集數(shù)據(jù)，同時用注射器將氫氧化鈉溶液和水分別注入兩個裝有等量二氧化碳?xì)怏w的錐形瓶，打開磁力攪拌器，讓瓶內(nèi)的物質(zhì)充分混合。在屏幕上觀察兩個錐形瓶內(nèi)氣壓的變化情況。待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止采集數(shù)據(jù)。

3.實驗現(xiàn)象

從上述實驗得到的兩幅曲線圖中可以清晰地看到，水與二氧化碳混合前后，瓶內(nèi)氣壓基本不變。氫氧化鈉溶液與二氧化碳混合前后，瓶內(nèi)氣壓明顯下降，說明氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

（二）實驗2：探究氫氧化鈉固體與二氧化碳的反應(yīng)

1.實驗器材

廣口瓶、玻璃棒、橡皮塞、塑料瓶蓋、氣球、氣壓傳感器、電腦。氫氧化鈉固體、二氧化碳?xì)怏w。

2.實驗過程

連接好儀器后，電腦開始采集數(shù)據(jù)。向下慢慢轉(zhuǎn)動玻璃棒，將塑料瓶蓋頂落，使氫氧化鈉固體灑落在廣口瓶內(nèi)，充分振蕩廣口瓶，在屏幕上觀察瓶內(nèi)氣壓的變化情況。待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止采集數(shù)據(jù)。

3.實驗現(xiàn)象

從以上實驗所得曲線圖中可以清晰地看到，氫氧化鈉固體與二氧化碳混合后，瓶內(nèi)氣壓明顯下降，充分說明氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

三、實驗分析與結(jié)論

1.從實驗1所得的曲線圖中可以看到，水與二氧化碳混合后，剛開始瓶內(nèi)氣壓會瞬間增大。與教輔資料中的描述“水與二氧化碳混合后氣壓一定降低”不一致。剛開始瓶內(nèi)氣壓會瞬間增大，究其原因，二氧化碳與水混合后既會溶解在水中又會與水發(fā)生反應(yīng)，兩個過程中都會放熱，使瓶內(nèi)氣體受熱膨脹，從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。隨著反應(yīng)和溶解的進行，氣體不斷減少，氣壓隨之降低，但溶解速度較慢，導(dǎo)致出現(xiàn)的曲線比較平緩。

2.從實驗2過程中的曲線圖可以清楚地看到，氫氧化鈉固體與二氧化碳反應(yīng)時，各階段的反應(yīng)速度不一樣，反應(yīng)結(jié)束后容器內(nèi)的氣壓也沒有降為零。

該現(xiàn)象與教輔資料中對該反應(yīng)的實驗過程描述“氫氧化鈉與二氧化碳混合后勻速反應(yīng)，氫氧化鈉過量，最后容器中的二氧化碳被完全吸收，氣壓為零”不一致。

本實驗出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因有兩點，一是二氧化碳過量，二是雖然二氧化碳完全反應(yīng)，但二氧化碳中可能混入了空氣。

四、實驗啟示

探究氫氧化鈉固體和二氧化碳反應(yīng)的發(fā)生，除了可利用壓強差來設(shè)計實驗，還能從反應(yīng)物的含量變化、反應(yīng)后溶液pH值、溫度的變化等角度進行探究。

同樣，酸堿中和反應(yīng)等實驗都可以通過數(shù)字化手持技術(shù)測定數(shù)據(jù)，讓實驗過程可視化、精確化。（指導(dǎo)老師：周建國 ?黃利揚）

作者學(xué)習(xí)時發(fā)現(xiàn)課本的實驗描述不明確，在老師指導(dǎo)下，利用現(xiàn)代實驗技術(shù)改進實驗，發(fā)現(xiàn)了兩個新的現(xiàn)象：實驗起始階段時，瓶內(nèi)的氣壓會短暫升高;實驗結(jié)束時，瓶內(nèi)的氣體不一定為零。最后通過分析，解釋了產(chǎn)生這兩個實驗現(xiàn)象的原因。

實驗設(shè)計合理，用圖描述實驗現(xiàn)象，形象直觀。作者能抓住實驗現(xiàn)象的細(xì)微之處，說明其具有敏銳的觀察力。建議作者在分析實驗原因時，抓住關(guān)鍵問題，語言盡量簡潔，讓人一目了然。