對新教材中一道實驗習題的探究與啟示

文章編號:1005-6629(2010)07-0080-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

1問題的提出

普通高中課程標準實驗教科書<<化學必修①>>(人教版)71頁第8題:在鋁制易拉罐中收集一滿罐CO2，加入過量的NaOH溶液，立即把口封閉。可以發現易拉罐“咔咔”作響，并變癟了;過一會兒后，易拉罐又會作響并鼓起來。解釋為什么，寫出有關的離子反應方程式。

我們在進行本章節的教學研討時，決定將該題改編后，安排在“金屬的化學性質”一節中鋁與氫氧化鈉溶液的反應實驗3—4后， 作為一個綜合實驗讓學生進行操作。達到運用舊知識(二氧化碳的制取和性質)和鞏固新知識(鋁的特殊化學性質)的目的，還能激發學生的學習興趣。然而學生在實驗過程中均只觀察到易拉罐“咔咔”作響變癟，并未觀察到易拉罐作響又鼓起來，為此，我們把這一問題作為一個探究小課題，鼓勵學生課余到實驗室去作進一步的探究。

2學生實驗探究過程

2.1易拉罐未鼓起來的原因分析

易拉罐未鼓起來的原因可能有如下幾種:①鋁制易拉罐未密封好，漏氣;

②加入的濃氫氧化鈉溶液量不足，導致氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后，余下少量的氫氧化鈉溶液與鋁反應，產生的氫氣的量不足以使易拉罐鼓起來;③收集到的易拉罐可能不是鋁制的;④鋁制易拉罐內壁涂有一層內膜，阻止了鋁與氫氧化鈉溶液反應;

2.2理論探討

鋁制易拉罐的體積為355 mL，質量約為20 g。按標準狀況計算，易拉罐充滿CO2時，CO2的物質的量為0.0158 mol，需NaOH的物質的量為0.0316 mol。鋁與氫氧化鈉溶液反應產生的氫氣的體積略大于355 mL，才能使變癟的鋁制易拉罐重新鼓起來。鋁與氫氧化鈉溶液反應產生355 mL(標準狀況)的氫氣需鋁0.0106 mol，需NaOH的物質的量為0.0106 mol。據此可知，整個反應需NaOH的物質的量為0.042 mol，按加入10 mLNaOH溶液，則NaOH溶液的濃度應大于4.2 mol·L-1，我們在以下的實驗中使用NaOH溶液的濃度為5.0 mol·L-1。

2.3實驗探究過程

實驗1:取3個開啟后完好的易拉罐，集滿CO2，迅速用膠紙將口封嚴密，然后用20 mL的注射器分別注入濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液10 mL、15 mL、20 mL。迅速用膠紙將針孔封嚴密，記錄實驗現象、易拉罐變癟和鼓起的時間。

實驗結果見下表:

實驗2:取1個開啟后完好的易拉罐，向其中加入0.2 g鋁絲，再集滿CO2后迅速用膠紙將口封嚴密，然后用20 mL的注射器分別注入濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液10 mL，迅速用膠紙將針孔封嚴密。實驗結果:易拉罐“咔咔”作響，并很快變癟了;過一會兒后，易拉罐又作響并鼓起來。

實驗3:將實驗1中已變癟的易拉罐一個，進行如下的實驗:

(1)用剪刀剪開易拉罐罐體，向罐體的內層直接滴加濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液。實驗結果:觀察長時間無現象

剪一塊易拉罐罐體，把內層用砂紙打磨后再滴加濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液。實驗結果:劇烈反應，產生大量的氣泡。

(2)另剪取變癟易拉罐的折皺部分一小塊，向其內層直接滴加濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液。實驗結果:折皺處產生少量的氣泡。

實驗4:剪取實驗3中余下的易拉罐罐體的一部分，剪取4～5 mm寬的長條5～6條，浸入盛有10 mL濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液的燒杯中。實驗結果:易拉罐罐體小條兩側新切口面有氣泡產生，外層(噴有彩漆)和內層均無氣泡產生，經長時間反應完畢，燒杯中有彩漆和象塑料一樣的透明物。

實驗5:將實驗4中剩余的易拉罐罐體外層彩漆用砂紙擦干凈，剪取約1 cm2的小塊4～5塊浸入盛有10 mL濃度為5.0 mol·L-1的NaOH溶液的燒杯中。實驗結果:反應完畢后，燒杯中有象塑料一樣的不溶透明薄膜。

2.4上網查閱有關鋁制易拉罐的資料

2.5 實驗結果分析及實驗結論

(1)實驗1、實驗2的結果表明收集到的易拉罐是鋁制的，變癟的鋁制易拉罐未鼓起來的原因:不是易拉罐未密封好，漏氣;也不是加入濃氫氧化鈉溶液的量不足，導致氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后，余下少量的氫氧化鈉溶液與鋁反應，產生的H2的量不足而導致易拉罐未鼓起來。

(2)實驗3、實驗4、實驗5的實驗結果表明變癟的鋁制易拉罐未鼓起來的根本原因是:鋁制易拉罐內層涂有一層內膜，阻隔了鋁與氫氧化鈉溶液的接觸，使之不能發生反應生成氫氣，導致變癟的易拉罐不能重新鼓起來。

(3)通過上網查閱相關信息，得知鋁制易拉罐罐體內層確實涂了一層保護膜。所涂的內層膜的成分為環氧樹脂或聚酯，目的是使鋁合金和飲料隔離，防止鋁溶入飲料中，造成人體中鋁元素的積聚而導致慢性中毒[1]。

3 啟示

新課程中的這道復習實驗題在原人教版普通高級中學教科書《化學·必修+選修》第二冊中也有，只是我們在處理該題時的教學方法不同產生的教學效果就明顯不同。對以前老教材的教學處理是通過學生書面練習來檢查學生對鋁的化學性質的掌握情況，只要求用鋁的化學性質從理論上解釋實驗現象就行了。而在新課程中我們通過實驗探究的功能來檢查學生對鋁的化學性質的掌握情況。正因為學生通過實驗探究而發現其現象與推理答案不符而產生新的探究欲望和新的探究問題，并得到了新的收獲。通過這一探究活動給參與探究的師生知識及能力拓展以新的啟迪。

參考文獻:

[1]喝鋁制罐飲料易患\"肝癌\"?其中材質藏玄機. http://tv.people.com.cn/GB/61602/8618956.html.

[2]鋁制易拉罐對環境有什么影響.http://medask.yynet.cn/ques/432211.html.