驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗方案

趙永勝 朱 莉

（1徐州市中小學教學研究室江蘇徐州221009；2徐州高級中學江蘇徐州221009）

驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗方案

趙永勝1朱 莉2

（1徐州市中小學教學研究室江蘇徐州221009；2徐州高級中學江蘇徐州221009）

從利用氣壓法、定量測定法、直接證明法、固體反應法、pH試紙檢測法、產物驗證法等角度對如何驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗方案進行了系統整理。

二氧化碳；氫氧化鈉；實驗方案

二氧化碳與氫氧化鈉的反應，是二氧化碳的重要化學性質，但二氧化碳與氫氧化鈉反應時沒有明顯現象發生，所以人教版和滬教版化學教材中，均沒有涉及氫氧化鈉與二氧化碳的反應實驗，但廣大教師在教學中有許多關于這一反應的實驗創新，現對驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應的實驗方案系統整理如下：

一、利用氣壓法

1.瓶子變癟法

（1）在裝有二氧化碳的塑料瓶里倒少量濃氫氧化鈉，然后蓋上蓋子，搖晃震蕩，瓶子變癟。實驗裝置如圖1所示。變式實驗裝置如圖2所示。

圖1

圖2

（2）在裝有二氧化碳的塑料瓶里倒入少量濃氫氧化鈉溶液，然后蓋上蓋子，搖晃震蕩，瓶子變癟。為了排除二氧化碳溶于水或與水反應造成的干擾，可以再做一個加水而不加氫氧化鈉的實驗作對比。實驗裝置如圖3和圖4所示。

圖3

圖4

2.氣球法

在一個瓶子里收集一瓶CO2，迅速倒入NaOH，然后用一個帶有導管的塞子塞緊，導管的一端套上一個氣球，看到氣球鼓起。實驗裝置如圖5。變式裝置如圖6和圖7。

圖5

圖6

圖7

3.噴泉法

（1）在一個干燥的燒瓶里收集滿CO2，迅速地倒入NaOH，用一個帶有導管的橡皮塞塞緊，導管的中間用止水夾夾住，導管的下端伸入滴有酚酞試液的水中，打開止水夾，會有水上升到燒瓶里，形成美麗的景象。實驗裝置如圖8所示。

（2）如圖9所示，用手指堵住軟塑料瓶的小孔，輕輕的擠壓塑料瓶，氫氧化鈉溶液就會進入到圓底燒瓶中。然后松開堵住小孔的手指，就會形成美麗的噴泉。

圖8

圖9

（3）變式實驗裝置如圖10和圖11所示。在圖10中的燒瓶中會形成“淋浴”。在圖11中的洗氣瓶中會出現“氣泡冒出”的現象[1]。

圖10

圖11

4.U形管法

（1）準備一個里面有等高水柱的U型管，在一端連接一個密閉的裝有二氧化碳和氫氧化鈉的容器，震蕩，觀察水柱是否上升（同樣可以設計裝水和二氧化碳的對比試驗）。實驗裝置如圖12所示。變式裝置如圖13所示。

圖12

圖13

（2）如圖14所示，分別向兩個瓶中加入等體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，塞上連接有U型管（裝有紅墨水）的塞子。振蕩集氣瓶，然后放在水平的桌面上。與氫氧化鈉溶液相連的U型管一端的液面升高。實驗現象說明裝有氫氧化鈉溶液的瓶中氣壓變得更小，說明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應，排除了溶劑水對實驗結論的干擾。

圖14

5.玻璃片法

在一個干燥的集氣瓶里收集滿CO2，迅速地倒入NaOH溶液，蓋上瓶蓋，倒轉集氣瓶，瓶蓋不掉下。實驗裝置如圖15或圖16所示。

圖15

圖16

6.液面上升法

在一個燒杯里放入NaOH溶液，用一個大試管收集滿CO2，倒扣在燒杯里，如果CO2能與NaOH反應，試管里的氣體減少，水會上升到試管里，如圖17所示。為了增加對比，也可以采用圖18所示方法。

圖17

圖18

7.瓶吞雞蛋法

將氫氧化鈉溶液加入裝有二氧化碳氣體的的集氣瓶內，并迅速用去殼的熟雞蛋蓋住并振蕩。結果，瓶吞雞蛋。實驗裝置如圖19所示。變式裝置如圖20所示。將如圖20所示裝置倒置，然后往錐形瓶中加入稀鹽酸，雞蛋又能被推出來。實驗裝置如圖21所示。

圖19

圖20

圖21

二、直接證明法

1.原理：CO2與NaOH水溶液可反應生成Na2CO3與水，因生成物Na2CO3溶于水而無鮮明現象。現改用氫氧化鈉的酒精飽和溶液，Na2CO3不溶于酒精而成結晶析出。

準備和操作：稱取2g氫氧化鈉放于燒懷，加進60mL96%酒精，不斷攪拌，使成飽和氫氧化鈉酒精溶液，貯入試劑瓶備用。取3mL飽和氫氧化鈉酒精溶液于試管，通入CO2，則產生白色沉淀，這是生成的碳酸鈉。將上述生成物分裝于兩試管，一管中加入少量蒸餾水，振蕩，沉淀溶解；另一試管中滴加鹽酸，產生CO2氣體，用點燃的火柴伸入試管，火焰熄滅來驗證[2]。

2.向飽和氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳氣體，然后向溶液中繼續添加氫氧化鈉固體時，氫氧化鈉固體可以在溶液中繼續溶解。由此說明，二氧化碳氣體和氫氧化鈉發生了化學反應。

三、定量測定法

已知：通常狀況下，1體積的水約能溶解1體積二氧化碳。

分別量取50mL氫氧化鈉溶液和澄清石灰水放入如圖22裝置中，通入約500mL二氧化碳，兩個裝置中均無明顯變化。即可證明二氧化碳和氫氧化鈉發生了反應。變式裝置如圖23。

圖22

圖23

四、固體反應方法

將氫氧化鈉固體久置于空氣中，然后加酸讓其產生氣體，收集氣體可使火條熄滅。這也證明氫氧化鈉和二氧化碳反應了。

五、pH試紙檢測法

在教學中，學生常用酚酞試劑來證明氫氧化鈉與二氧化碳的反應。，即：在NaOH中滴幾滴酚酞，這時酚酞顯紅色，再通入CO2，如果CO2能與NaOH反應，酚酞會褪色。裝置如圖24所示。

圖24

但是，因為Na2CO3顯堿性，同樣會使酚酞顯紅色。所以此方案不妥。

但是使用pH試紙，卻是可以的。配置好氫氧化鈉溶液，用pH試紙檢測其堿性，然后大量通入二氧化碳，再測其pH，從試紙上的變化就可以得知其反應了。

六、產物驗證法

1.加熱法

將二氧化碳通入過量堿液后，加熱反應后的溶液，若有氣泡冒出，說明二氧化碳沒和氫氧化鈉反應，而是溶解在水中，若沒有氣泡冒出，則說明已經反應生成了新的物質。實驗過程如圖25所示。

圖25

2.鹽酸法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應后的溶液里滴加HCl，如果有氣泡產生，證明CO2與NaOH發生了反應。為了排除H2CO3的干擾，應先將反應后的溶液加熱，使H2CO3分解，再滴加HCl。實驗過程如圖26所示。

圖26

說明：實際操作時必須注意到，當向反應后的溶液中加入少量稀鹽酸時，有時即使生成Na2CO3，也可能無氣泡產生。因為當Na2CO3的質量較多，而鹽酸的質量較少時，可能發生如下化學反應：Na2CO3+HCl =NaCl+NaHCO3，此時并沒有產生氣泡。當鹽酸的量比較多時會進一步發生如下反應：NaHCO3+HCl =NaCl+H2O+CO2↑。所以如果用鹽酸來檢驗時，一定要注意，所取的鹽酸的量必須是過量，否則就不可以確定氫氧化鈉與二氧化碳是否反應。

3.加減法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應后的溶液里滴加一種堿溶液，如Ca（OH）2溶液、Ba（OH）2溶液，向反應后的溶液中加入以上的適量溶液后，如果有白色沉淀生成，則說明溶液中含有Na2CO3，這是因為Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH或Na2CO3+Ba（OH）2=BaCO3↓+2NaOH，此方案的靈敏度比較高。實驗過程如圖27所示。

圖27

說明：如果設計具體的方案來驗證CO2與NaOH溶液的是否確實發生了化學反應，而不是CO2溶解在NaOH溶液中。這種情況下，我們就不可以選取此類堿溶液來驗證。因為CO2本身就可以溶于水中，形成H2CO3，H2CO3遇到Ca（OH）2或Ba（OH）2時，會生成白色沉淀，使得溶液變渾濁，因此不能充分說明CO2與NaOH反應了，也可能是CO2溶解在NaOH溶液中。而應該從CO2與NaOH反應產物的角度來驗證，可以取通入CO2后液體，通過檢驗所取液體中是否存在Na2CO3，來確定它們之間有沒有發生化學反應。具體的方案是，向所取液體里加入足量的稀鹽酸（或適量CaCl2溶液），充分振蕩后，觀察現象。如果產生氣泡（或產生白色沉淀），表明產物中有Na2CO3，說明CO2與NaOH的確反應了，而不是CO2僅僅溶于NaOH溶液中。

圖28

4.加鹽法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應后的溶液里加入一種鹽溶液，如BaCl2溶液，向待測溶液中加入適量的BaCl2溶液后，如果待測溶液中出現了渾濁現象，可以判斷待測液中含有Na2CO3，因為BaCl2+ Na2CO3=BaCO3↓+ 2NaCl。實驗過程如圖28所示。

說明：用CaCl2溶液代替BaCl2溶液檢驗氫氧化鈉與二氧化碳是否反應。這種方案不太完善，存在一定的缺陷。因為向反應后溶液中加入CaCl2溶液后，即使氫氧化鈉與二氧化碳沒有反應，也可能會有白色渾濁出現。因為當加入的CaCl2溶液中的Ca2+與NaOH中的OH-的濃度比較大時，也會因為一定溫度下Ca（OH）2的溶解度相對比較小，而有部分Ca（OH）2晶體析出，使得溶液中出現渾濁現象，導致判斷結果錯誤。所以關于鹽的選擇，最好選取BaCl2，不宜用CaCl2[3]。

參考資料

[1]陳曉玲.初中化學中NaOH溶液與CO2反應的實驗裝置設計[J].中學化學，2013，（6）：23

[2]中學化學實驗大全.二氧化碳與氫氧化鈉可以生成沉淀嗎？http：//chem.cersp.com/HXJS/200704/3146.html. 2007-4-6

[3]陳金健.氫氧化鈉考點聚焦.http：//www.pep.com.cn/ czhx/xshzx/tbxxzy/xsjxt/9xiakb/201103/t20110302-1025 172.htm.2011-3-2

?（圖5）

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[1]周玉明.新課程理念下化學板書設計的優化策略[J].中學化學教學參考，2011，（10）：20-21

[2]陳心忠.“思維導圖”在學習“從海水中獲得的化學物質”中的應用[J].中學化學教學參考，2010，（9）：31-32

[3]白娜，靳瑩.思維導圖應用于化學教學的實驗研究[J].化學教學，2012，（6）：14-17

[4]郭向東.化工流程試題分類例析[J].廣東教育：高中版2011，（4）：45-47

1008-0546（2013）12-0085-04

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.035