創(chuàng)設(shè)實驗情境 培養(yǎng)學(xué)生思維——對《氫氧化鈉的性質(zhì)》中實驗的處理

朱 莉 趙永勝

（1 徐州高級中學(xué) 江蘇 徐州 221009；2 徐州市中小學(xué)教學(xué)研究室 江蘇 徐州 221009）

實驗是化學(xué)教學(xué)得以實施的基礎(chǔ)，然而重視實驗的基礎(chǔ)地位并不是讓學(xué)生去實驗室摸摸“瓶瓶罐罐”那么簡單。 實驗的運用在于發(fā)揮它的主導(dǎo)作用，在于給思維一個載體，給知識一個情境。 只有在情境中的實驗才不機械枯燥，只有在實驗中的思考才能源遠(yuǎn)流長。

“實驗”—“情境”—“思維”， 只有這三者合為一體、相輔相成、融會貫通才能夠真正地實現(xiàn)高效課堂，才能夠切實地體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。

氫氧化鈉的性質(zhì)主要包括：潮解（干燥劑）、溶解的熱效應(yīng)、與二氧化碳反應(yīng)變質(zhì)、與硫酸銅反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀等［1］。對于這些不算繁瑣的知識點，花一節(jié)課的時間讓學(xué)生去記住并不困難，然而如何以實驗為載體創(chuàng)設(shè)情景，讓學(xué)生在觀察中發(fā)現(xiàn)、在發(fā)現(xiàn)中思考、在思考中獲得才是應(yīng)該采取的積極態(tài)度。

一、 氫氧化鈉溶解的熱效應(yīng)實驗

化學(xué)演示實驗是配合化學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容，由教師示范操作或個別學(xué)生做演示而其他學(xué)生觀察思考的一種實驗形式，是中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中最生動、最有效的直觀教學(xué)，也是應(yīng)用最廣泛的教學(xué)手段。 利用演示實驗進行教學(xué)時，一定要關(guān)注演示實驗的可視性，如何提高實驗的可視性， 讓每位學(xué)生都能比較容易地觀察到實驗，應(yīng)該是我們在實驗教學(xué)中必須思考的問題。

對于氫氧化鈉固體溶解的熱效應(yīng)實驗，為了增強其演示的可視性，下面展示改進實驗方案的思維過程。

方案1： 向盛有水的試管中加入一定量的氫氧化鈉固體并振蕩，用手觸摸試管外壁，感覺前后的溫度變化。

實驗結(jié)論：氫氧化鈉固體在水中溶解放熱。

實驗評價：本實驗簡單方便，但是參與度較低，并不是每位學(xué)生都有機會觸摸。 但是如果改為分組實驗，這個方案倒是可以。

方案2：改用溫度計測量溫度的變化。

實驗評價：增加了實驗的可視性，但仍不夠開放。

方案3：將試管注入少量熱水，加熱至沸騰，移開火焰，水停止沸騰，加入氫氧化鈉固體少量，發(fā)現(xiàn)溶液又重新沸騰。

實驗評價：現(xiàn)象明顯，新穎有趣，但是后排的學(xué)生依然存在觀察不清的問題。

方案4： 將一個煮熟的去皮鵪鶉蛋放在一個口徑合適的大試管中間位置，然后將大試管放在冷水中，可以看到鵪鶉蛋向下移動，向水中加入氫氧化鈉固體，鵪鶉蛋又會向上移動。

實驗評價：現(xiàn)象有趣，利用氣體熱脹冷縮的原理使鵪鶉蛋上下移動。 該實驗可以反復(fù)演示。

方案5：向試管中注入少量乙醚，塞上帶有尖嘴玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，將試管放入熱水中，在玻璃導(dǎo)管的尖嘴處點燃，此時乙醚燃燒，然后將試管放入冷水中，火焰慢慢變小，此時將氫氧化鈉固體加入冷水中，火焰立刻變大。

實驗評價：現(xiàn)象明顯，新穎有趣，利用乙醚的揮發(fā)性可以反復(fù)演示。 而且所有的學(xué)生都能觀察到。

設(shè)計說明：學(xué)生對演示實驗都抱有濃厚的興趣和好奇心，渴望通過實驗觀察到鮮明、新奇的實驗現(xiàn)象。 而一個成功的、設(shè)計合理的可視性極強的實驗不僅可以滿足學(xué)生的好奇心，還會極大地調(diào)動起學(xué)生的求知欲望。 反之，實驗現(xiàn)象不明顯，無法使全班學(xué)生觀察，就會壓抑學(xué)生的求知欲望，致使他們情緒低落，那種由于好奇心得不到滿足而產(chǎn)生的失望可能會影響到對整節(jié)課的學(xué)習(xí)。

二、對氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的實驗處理

活動1：將氫氧化鈉的濃溶液滴入充滿二氧化碳的集氣瓶中。

實驗現(xiàn)象：氣球變癟。

實驗結(jié)論： 瓶內(nèi)氣壓減小，二氧化碳被消耗。

活動2： 氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)后變成了什么物質(zhì)？

學(xué)生猜想：變成了碳酸鈉。

問題引導(dǎo)：請設(shè)計實驗證明碳酸鈉的存在。

學(xué)生方案：根據(jù)碳酸鹽的檢驗方法，可以加入稀鹽酸，如果有二氧化碳?xì)怏w生成，氣球應(yīng)該變大。

方案驗證：滴入試劑b（稀鹽酸），有氣泡產(chǎn)生，氣球變大。

提出問題：我們不難看出，上述實驗的關(guān)鍵在于氣球的大小可以反映出集氣瓶內(nèi)壓強的變化，從而幫助我們進行分析和判斷。 實驗剛開始時，我們滴入氫氧化鈉溶液，氣球變癟，說明瓶內(nèi)氣壓減少，從而推測出二氧化碳被消耗，于是我們得出氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的結(jié)論。 然而，這個推理過程卻不夠嚴(yán)密，你知道問題出在哪里么？

學(xué)生： 氣球變癟說明瓶內(nèi)氣壓減小是沒有問題的，關(guān)鍵是壓強減小的原因。 我們滴入的是氫氧化鈉溶液，含有溶劑水，而二氧化碳本身就能溶于水且和水反應(yīng)生成碳酸。 所以單純的根據(jù)氣球癟了，壓強小了，就說明氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)了，是不嚴(yán)密的。

教師：這個分析正中要害，那么我們應(yīng)該如何改進呢？

學(xué)生： 取兩個完全相同的裝有二氧化碳的塑料瓶，分別向其中加入等體積的水和氫氧化鈉溶液，迅速擰緊瓶蓋并振蕩， 若加入氫氧化鈉的塑料瓶變癟的程度更大，則可以證明氫氧化鈉也與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

實驗：按照學(xué)生的方法進行實驗。 結(jié)果和學(xué)生的預(yù)測一致。

教師：對比的思想運用得很恰當(dāng)，通過塑料瓶被壓癟的程度不同，直接證明了氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

設(shè)計說明：化學(xué)教學(xué)過程，就其本質(zhì)而言，是學(xué)生在教師組織引導(dǎo)下，認(rèn)識化學(xué)知識的過程，而技能、能力、方法和態(tài)度等都是通過這一化學(xué)認(rèn)識過程來培養(yǎng)和訓(xùn)練的，在化學(xué)教學(xué)過程中要學(xué)生有效地掌握化學(xué)知識和方法，就必須對化學(xué)知識的認(rèn)識過程展開，以便學(xué)生把客觀形態(tài)的知識內(nèi)化為主觀形態(tài)的知識，使學(xué)生的學(xué)習(xí)成為有意義的學(xué)習(xí)。 通過實驗方案的不嚴(yán)密，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出對比實驗，這樣不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)到了知識，而且學(xué)習(xí)到了方法。

三、對氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)物的實驗處理

演示實驗：將上面塑料瓶中的氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)后的液體倒入試管中少許， 然后逐滴滴入稀鹽酸，開始的一段內(nèi)無氣泡產(chǎn)生；繼續(xù)滴加稀鹽酸，有氣泡產(chǎn)生。

問題：實驗中我們確實看到了氣泡，從而證明了碳酸鈉的存在，那么剛開始加入稀鹽酸的時候為什么沒有氣泡產(chǎn)生呢？

學(xué)生：是不是有其他物質(zhì)先和稀鹽酸反應(yīng)了呢？

教師：那么你認(rèn)為是什么物質(zhì)呢？

學(xué)生：是不是沒有反應(yīng)完的氫氧化鈉呢？

教師：我們現(xiàn)在就一起來研究一下氫氧化鈉是不是也能與稀鹽酸反應(yīng)。

學(xué)生方案1： 向裝有少量氫氧化鈉溶液的試管中加入稀鹽酸。

實驗現(xiàn)象：無氣泡生成，溶液仍為無色。

實驗評價：無明顯現(xiàn)象，無法證明兩者是否反應(yīng)。

學(xué)生方案2：引入無色酚酞試液。

實驗操作： 向氫氧化鈉溶液中滴入無色酚酞試液，溶液呈紅色；逐滴加入稀鹽酸，至溶液恰好變成無色，證明了氫氧化鈉已經(jīng)被鹽酸消耗。

設(shè)計說明：課本中酸堿中和反應(yīng)其實是下一節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)課涉及主要是出于教學(xué)情境發(fā)展的需要。 在研究氫氧化鈉性質(zhì)的過程中讓學(xué)生自然的完成了對此問題的處理， 不僅靈活運用了教材也培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，可謂一舉兩得。

四、 對氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實驗中出現(xiàn)“意外”的處理

課堂是未知的， 精彩和意外隨時都有可能發(fā)生，而不是一切都按照自己的預(yù)設(shè)進行，要善于運用課堂中的意外，要追求真實的課堂，巧妙的運用意外，生成智慧的課堂，用意外點亮課堂的精彩。 每個意外都可能預(yù)示著一段精彩的教學(xué)開始。 因此，教師要時刻關(guān)注學(xué)生的思維活動，不斷調(diào)整自己的思維活動，通過教學(xué)機智和學(xué)生的智慧來解決意外。

意外事件：一位學(xué)生到前面將氫氧化鈉溶液滴加到硫酸銅溶液中，在大家等待期望的現(xiàn)象出現(xiàn)時，意外發(fā)生了：先出現(xiàn)了氣泡，然后才出現(xiàn)藍(lán)色沉淀。

事件處理：

教師：出現(xiàn)這種現(xiàn)象，請同學(xué)們猜測一下可能有哪些原因。

學(xué)生甲：可能是試管不干凈，里面含有酸造成的。

學(xué)生乙：可能是氫氧化鈉溶液變質(zhì)了。

學(xué)生丙：可能是硫酸銅溶液中含有酸。

學(xué)生丁：他和書上做的實驗順序不一樣。 書上是把硫酸銅溶液加入到氫氧化鈉溶液中，而他正好是反過來的。

教師：同學(xué)們積極思考，認(rèn)真討論，猜測的有理有據(jù)，那么，我們?nèi)绾瓮ㄟ^實驗進一步探究？

學(xué)生A：我準(zhǔn)備驗證甲的猜想。 我的方案是：另取一只試管先用清水刷洗試管，重做上面的實驗，邊說邊做。結(jié)果還是出現(xiàn)和原來一樣的現(xiàn)象。 我得出結(jié)論：學(xué)生甲的猜測是不正確的。

學(xué)生B：上臺取少量的氫氧化鈉溶液于試管中，加入稀鹽酸。 現(xiàn)象：產(chǎn)生氣泡；得出結(jié)論：氫氧化鈉吸收了空氣中的二氧化碳變成了碳酸鈉。 學(xué)生乙的猜測是正確的。

學(xué)生C：用玻璃棒蘸取少量的硫酸銅溶液于石蕊試紙上，試紙變紅。 得出結(jié)論：硫酸銅溶液中確實含有酸。學(xué)生丙的猜測是正確的。

學(xué)生D：按照書上的做法進行實驗，結(jié)果直接出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀。 學(xué)生丁的猜測是正確的。

教師：為了防止銅離子水解，常在酸性條件下配制硫酸銅溶液。 誰能來解釋產(chǎn)生氣泡的原因？

學(xué)生E：當(dāng)把變質(zhì)的氫氧化鈉溶液滴加到酸化的硫酸銅溶液中，由于酸很多，酸會和氫氧化鈉和碳酸鈉反應(yīng)，從而生成二氧化碳而產(chǎn)生氣泡。 當(dāng)?shù)渭禹樞蚍催^來時，則氫氧化鈉過量，會首先把硫酸銅溶液中的酸反應(yīng)掉，所以碳酸鈉不會在與酸反應(yīng)，所以也就不會產(chǎn)生氣體，而是直接生成藍(lán)色沉淀了。

設(shè)計說明：在化學(xué)教學(xué)中，需要我們盡可能地把探究式實驗教學(xué)落實到化學(xué)教學(xué)中去，通過“提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃、進行試驗、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評價、表達(dá)與交流”等活動的過程，進行創(chuàng)造教育。 在化學(xué)實驗教學(xué)中，能用于實驗探究的問題可能來自自然現(xiàn)象、社會生活和生產(chǎn)實踐，也可能來自學(xué)習(xí)的過程中，還有可能來自教師精心設(shè)計的問題情境，無論是什么情況，始終要讓學(xué)生產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的渴求和欲望。 對于教材中某些驗證性的實驗如果改為探究性的實驗，可將學(xué)生帶入科學(xué)探究的情境中，從而不斷增強他們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題意識和能力。

實驗說明： 氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液的反應(yīng)，滴加試液的量和順序不同，現(xiàn)象也可能不同。

1.向NaOH 溶液中滴CuSO4溶液

①恰好完全沉淀， 此時pH 為6～7。 向2mL NaOH溶液中滴5 滴CuSO4溶液，兩者恰好完全反應(yīng)，所得反應(yīng)產(chǎn)物為藍(lán)色絮狀沉淀。 久置后上層溶液無色，即生成氫氧化銅和硫酸鈉。 化學(xué)反應(yīng)方程式：2NaOH＋CuSO4＝Cu（OH）2↓＋Na2SO4

氫氧化銅［Cu（OH）2］生成的原因是一個銅離子正好與兩個氫氧根離子生成氫氧化銅。 氫氧化銅為一種藍(lán)色固體，難溶于水，加熱易分解，微顯兩性。

②NaOH 溶液稍過量。 但局部環(huán)境可認(rèn)為NaOH 和CuSO4恰好完全反應(yīng)， 所得反應(yīng)產(chǎn)物仍為藍(lán)色絮狀的氫氧化銅沉淀。 加熱后生成黑色氧化銅沉淀。

③氫氧化鈉溶液大量過量。 向盛有1／3 試管的氫氧化鈉溶液中滴入3～4 滴硫酸銅溶液。 久置后，上層溶液呈無色，而沉淀層為一種藍(lán)白雜色的糊狀沉淀，此為銅酸鈉。 化學(xué)反應(yīng)方程式：4NaOH＋CuSO4＝Na2［Ca（OH）4］↓＋Na2SO4

銅酸鈉［Na2Cu（OH）4］的形成原因相當(dāng)復(fù)雜，刪繁就簡，是氫氧根離子與銅離子結(jié)合成氫氧化銅后，由于溶液中氫氧根離子偏多，而氫氧化銅又微顯兩性（氫氧化銅可寫為Cu（OH）2及H2CuO2）故又結(jié)合兩個氫氧根離子，再與鈉離子結(jié)合生成銅酸鈉。

銅酸鈉是一種相當(dāng)不穩(wěn)定的藍(lán)白色物質(zhì)， 難溶于水，它只有在堿性條件下才能存在，溶液稀釋后，它即分解成氫氧化銅和氫氧化鈉。 化學(xué)反應(yīng)方程式為：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。在久置之后，它會風(fēng)化分解，化學(xué)反應(yīng)方程式為：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。

2. 向CuSO4溶液中滴NaOH 溶液

硫酸銅溶液過量，此時溶液pH＜6。 向盛有1／3 試管的硫酸銅溶液中滴入4～5 滴氫氧化鈉溶液，此時，硫酸銅溶液過量，生成藍(lán)綠色塊狀沉淀。 溶液久置后呈藍(lán)色，藍(lán)綠色沉淀即為堿式硫酸銅。

化學(xué)反應(yīng)方程式為：4CuSO4＋6NaOH＝Cu4（OH）6SO4↓＋3Na2SO4

在實驗中，氫氧化鈉處于不足，故氫氧根離子相對銅離子也就不足， 使氫氧根離子無法完全結(jié)合所有銅離子，故它代替一部分硫酸根離子，生成堿式硫酸銅。堿式硫酸銅［Cu4（OH）6SO4］ 是一種藍(lán)綠色固體，受熱可分解生成硫酸銅和氫氧化銅，但受熱時間比氫氧化鈉分解的時間還要長，生成藍(lán)色與黑色并存濁液。化學(xué)反應(yīng)方程式為：

堿式硫酸銅可溶于無機酸（實驗用鹽酸和稀硫酸），有機酸（實驗用苯酚和乙酸），堿（實驗用氫氧化鈉和氫氧化鈣）等。 它還會與氨水反應(yīng)，生成藍(lán)色溶液，有氨味：

［1］ 王祖浩，王磊主編. 義務(wù)教育教科書化學(xué)［M］. 上海：上海教育出版社，2012：44－49

［2］ 洪恩澤.氫氧化鈉與硫酸銅的反應(yīng)的研究成果報告［R］.http：／ ／blog.sina.com.cn／s／blog6d56bb0c0100lg1n.html.2010.10.18.15：45：17