多角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應

呂彩云

摘要：氫氧化鈉是初中化學最常用的堿，氫氧化鈉與二氧化碳反應是中考化學的重要反應，也是高中化學的基礎。該反應沒有明顯現象，教材沒有編排實驗，學生對此認識模糊，難以應用。因此，筆者帶領學生從多個角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應。該實驗探究從定性上升到定量，有助于學生初高中化學銜接學習，全面提升核心素養。

一、實驗背景

氫氧化鈉與二氧化碳反應是初中化學的重要反應，也是高中化學的基礎。課本中類比氫氧化鈣與二氧化碳反應得出相應的反應方程式。該反應沒有明顯現象，對該反應是否發生學生存在疑問，這給學生帶來很大思考空間。學生為探究氫氧化鈉與二氧化碳反應，設計塑料瓶變癟實驗，通過對比瓶子變癟程度說明氫氧化鈉與二氧化碳反應。筆者對學生的質疑和探究精神給予充分肯定，為鍛煉學生發散性思維能力，筆者帶領學生從多個角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應。

二、實驗教學目標

（一）知識與技能 掌握用對照實驗的思想探究物質的性質

（二）過程與方法 學生自主探究、動手實驗，培養學生多角度探究實驗能力

（三）情感態度與價值觀 實驗從定性到定量，有助于學生初高中化學銜接學習，全面提升核心素養

三、實驗儀器及用品

廣口瓶、長頸漏斗、導管（帶膠塞）、試管、試管架、大燒杯、三角架、酒精燈、電子天平（精確度為0.001g）、乳膠手套、白色托盤、小燒杯、膠頭滴管、pH傳感器、沸水、泡騰片、水、氫氧化鈉溶液、石灰石、稀鹽酸等

四、實驗原理

為探究氫氧化鈉與二氧化碳反應，學生設計塑料瓶變癟實驗。有同學提出質疑：二氧化碳與氫氧化鈉溶液中的水反應也會出現瓶子變癟現象。于是，學生又設計對照實驗，通過對比瓶子變癟程度說明氫氧化鈉與二氧化碳反應。為鍛煉學生發散性思維能力，筆者又引導學生從定性和定量角度探究氫氧化鈉與二氧化碳反應。

一是分別取等體積水和氫氧化鈉溶液于兩支試管中，分別向其中通入二氧化碳。5分鐘后，同時水浴加熱兩支試管。盛水的試管中有氣泡冒出，說明溶解在水中的二氧化碳受熱逸出，盛氫氧化鈉的試管中沒有氣泡冒出，說明氫氧化鈉吸收二氧化碳，即氫氧化鈉與二氧化碳反應。

二是用電子天平定量探究氫氧化鈉與二氧化碳反應。設計對照實驗：取兩只規格相同的小燒杯，其中一只燒杯中盛20mL水，另一只燒杯中盛20mL水和1.5g氫氧化鈉配成的氫氧化鈉溶液。然后將兩片泡騰片（8g）分別加入兩只燒杯中，會產生過量的二氧化碳。這些二氧化碳一部分被水吸收，另一部分逸散到空氣中，從而導致反應前后總質量減少（為可控性較強，整個實驗過程中將燒杯、溶液、泡騰片一起稱量）。如果二氧化碳不和氫氧化鈉反應，對照兩個實驗，反應前后總質量減少量會相等。然而實驗之后發現總質量減少量不同。盛氫氧化鈉溶液的燒杯總質量減少量比盛水的燒杯總質量減少量更小，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應。

三是用pH傳感器準確采集氫氧化鈉與二氧化碳反應的pH變化數據，隨著反應的進行圖像顯示pH值逐漸減小，溶液堿性減弱，OH-數目減少，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應。

五、實驗教學過程

1.情境引入

氫氧化鈉與二氧化碳反應無明顯現象，學生設計塑料瓶變癟實驗。

2.提出質疑

二氧化碳與氫氧化鈉溶液中的水反應也能出現瓶子變癟的現象。于是學生又設計對照實驗。通過對比瓶子變癟程度，說明二氧化碳與氫氧化鈉反應（如圖1）。

筆者又引導學生從定性和定量角度設計以下對照實驗探究氫氧化鈉與二氧化碳反應。

第一，分別取等體積水和氫氧化鈉溶液于兩支試管中，再分別向其中通入二氧化碳，5分鐘后，同時水浴加熱兩支試管。實驗過程中發現盛水的試管中有氣泡冒出，說明溶解在水中的二氧化碳受熱逸出，盛氫氧化鈉的試管中沒有氣泡冒出，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應（如圖2）。

第二，分別取規格相同的兩只小燒杯，其中一只燒杯中盛20mL水，另一只燒杯中盛20mL水和1.5g氫氧化鈉配成的氫氧化鈉溶液，然后向兩只燒杯中分別加入兩片泡騰片（8g），剛加入泡騰片時分別記錄總質量，反應結束后分別記錄總質量。我們整理實驗數據（如表1），盛水的燒杯反應前后總質量減少量為1.149g，盛氫氧化鈉溶液的燒杯反應前后總質量減少量為0.892g，根據實驗原理反應前后總質量減少量即為逸散到空氣中二氧化碳的質量。對比減少量，得出盛氫氧化鈉溶液的燒杯反應前后總質量減少量更小，說明氫氧化鈉吸收二氧化碳，即氫氧化鈉與二氧化碳反應（如圖3、 圖4）。

第三，利用pH傳感器準確采集氫氧化鈉與二氧化碳反應的pH變化數據（傳感器一端連接電腦，另一端連接二氧化碳發生裝置），筆者用希沃傳屏的方法將反應過程的圖像展示給學生，圖像顯示pH值逐漸減小，溶液堿性減弱，OH-數目減少，說明氫氧化鈉與二氧化碳反應。（如圖5、圖6）。

六、實驗創新要點

一是實驗從定性到定量，有助于學生初高中化學銜接學習，初高中化學銜接不但是知識的銜接、學習方法的銜接、更是思維方式的銜接，三者相輔相成、互為促進，全面提升學生核心素養

二是從生活中取材，用泡騰片代替二氧化碳，操作方便，實驗效果很好，體現了化學與生活的關系

三是數字化實驗探究化學反應，使實驗實時化、可視化、定量化，讓學生體會新技術在化學中的應用

七、實驗教學反思

本實驗的探究過程充分體現了以學生為本的教學理念，引導學生從多角度探究實驗，有助于學生發散性思維能力和核心素養的提升，為學生終身發展奠定基礎。

多次實驗，不斷嘗試后達到很好的實驗效果，讓我們更加堅信“失敗乃成功之母”。探究實驗過程不是簡單地、直接地讓學生去掌握前人的科學結論，而是要引導學生“像以前的科學家”那樣，通過實驗探究規律、發現真理。