對(duì)初中化學(xué)“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的分析與創(chuàng)新

王永臻 丁玲杰 李德前

摘要：對(duì)現(xiàn)行不同版本的九年級(jí)化學(xué)教科書中編排的中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)作分析對(duì)比，在保留原實(shí)驗(yàn)教學(xué)意圖的基礎(chǔ)上，對(duì)中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。用固態(tài)堿、無水酸及新裝置將酸堿混合，并采用藍(lán)色硅膠和簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x測(cè)試，不僅清晰地說明酸與堿發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，而且可以直接觀察到中和反應(yīng)有水和熱量產(chǎn)生。將改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充用于教學(xué)實(shí)踐，更有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);中和反應(yīng);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中和反應(yīng)是初中化學(xué)的核心概念之一。現(xiàn)行各個(gè)版本的九年級(jí)化學(xué)教科書中均安排了中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，并選用稀鹽酸、稀氫氧化鈉溶液和酚酞試液（或pH試紙）等進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。

1 對(duì)九年級(jí)化學(xué)教科書上“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的分析對(duì)比

1.1 人教版“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)行人教版九年級(jí)化學(xué)教科書中的中和反應(yīng)[1]是在燒杯中加入約5mL稀氫氧化鈉溶液，滴入幾滴酚酞溶液，然后用膠頭滴管慢慢滴入稀鹽酸，并用玻璃棒不斷攪拌溶液（如圖1所示），至溶液恰好變?yōu)闊o色為止。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束，教科書給出了多個(gè)酸與堿反應(yīng)的化學(xué)方程式。接著，為了說明酸與堿反應(yīng)的特征和實(shí)質(zhì)，教材上呈現(xiàn)了氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)的微觀過程示意圖（如圖2所示）[2]，從離子反應(yīng)的視角引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)酸堿反應(yīng)時(shí)OH-和H+結(jié)合成H2O、金屬離子與酸根離子結(jié)合成鹽，進(jìn)而給出中和反應(yīng)的概念。

上述設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生從微觀層面及化學(xué)用語的視角認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的產(chǎn)物，但是對(duì)“中和反應(yīng)生成水”及“反應(yīng)伴隨能量變化”缺少直觀的印證。

1.2 滬教版“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)行滬教版（全國(guó)版）九年級(jí)化學(xué)教科書是通過3個(gè)“活動(dòng)與探究”進(jìn)行“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的[3]。

實(shí)驗(yàn)1：將鹽酸逐滴加入滴有酚酞試液的氫氧化鈉溶液中，同時(shí)用溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度;當(dāng)燒杯中溶液剛好變成無色時(shí)，停止加入鹽酸。在實(shí)驗(yàn)過程中，溶液的堿性發(fā)生了什么變化？溶液的溫度有什么變化？

實(shí)驗(yàn)2：取實(shí)驗(yàn)1所得的少量溶液于一支試管中，另取一根膠頭滴管，向試管中加入1滴氫氧化鈉溶液，溶液的顏色又發(fā)生什么變化？這說明了什么？

實(shí)驗(yàn)3：如圖3所示，用玻璃棒蘸取實(shí)驗(yàn)1所得的溶液，加熱至蒸干，觀察到什么現(xiàn)象？

實(shí)驗(yàn)1說明鹽酸可以與氫氧化鈉反應(yīng)、反應(yīng)時(shí)放熱;實(shí)驗(yàn)2從半定量的視角說明，反應(yīng)物的量決定了酸堿混合后溶液的酸堿性;實(shí)驗(yàn)3說明中和反應(yīng)的產(chǎn)物有“鹽”。

上述設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生了解中和反應(yīng)的特征（放熱），認(rèn)識(shí)中和反應(yīng)的產(chǎn)物“鹽”，培養(yǎng)了學(xué)生的定量思維，但是對(duì)中和反應(yīng)的“實(shí)質(zhì)”有所忽視。

1.3 魯教版“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

現(xiàn)行魯教版九年級(jí)化學(xué)教科書通過“實(shí)驗(yàn)探究”途徑學(xué)習(xí)中和反應(yīng)[4]。探究活動(dòng)的流程是“提出問題→收集證據(jù)→解釋與結(jié)論”，選用的實(shí)驗(yàn)試劑是0.4%的氫氧化鈉溶液、0.4%的鹽酸、水、pH試紙。通過觀察溶液pH的變化，推出“酸堿之間發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)”。

上述設(shè)計(jì)，學(xué)生體驗(yàn)了較為完整的科學(xué)探究過程，從定量的視角判斷反應(yīng)是否發(fā)生，但教科書對(duì)中和反應(yīng)中“能量變化”和“水的生成”都缺少直觀驗(yàn)證。

綜上可知，三套九年級(jí)化學(xué)教科書都選用稀鹽酸、稀氫氧化鈉溶液、酸堿指示劑作為中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的藥品，都注重探討“酸與堿能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”。由于上述實(shí)驗(yàn)均是溶液的反應(yīng)，無法觀察到水的生成，因而三套九年級(jí)化學(xué)教科書對(duì)中和反應(yīng)的“實(shí)質(zhì)”均有所忽視;另外，由于實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)物濃度較小、用量較少、儀器常規(guī)，導(dǎo)致了中和反應(yīng)“放熱現(xiàn)象”不明顯。

2 對(duì)“中和反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

在實(shí)際教學(xué)中，我們適時(shí)補(bǔ)充了如下的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，取得了顯著的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

主要是冰醋酸，氫氧化鈉固體，藍(lán)色硅膠，紅色液體（清水中滴幾滴紅墨水）;125mL廣口瓶，15mm×150mm試管，自制的簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x[5]（見圖4），帶有氣孔的S形管。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)原理

（1） 變色硅膠一般為藍(lán)色，當(dāng)吸水后變?yōu)榧t色，本實(shí)驗(yàn)用的硅膠是將硅酸凝膠用CoCl2溶液浸泡，再干燥活化后制得，遇到水后藍(lán)色的CoCl2轉(zhuǎn)化為紅色的CoCl2·6H2O，有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是CoCl2（藍(lán)色）+6H2OCoCl2·6H2O（紅色）。

（2） 酸、堿、鹽的水溶液中含有大量自由移動(dòng)的離子，能夠?qū)щ姟?/p>

2.4 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)在室溫20℃左右時(shí)進(jìn)行。

（1） 取直徑約8mm、長(zhǎng)約50cm的硬質(zhì)玻璃管，通過熱熔、彎曲等操作，將其制成S形，其中左端U形管的短支管長(zhǎng)約7cm，右端U形管的兩個(gè)支管長(zhǎng)約12cm;然后在左端U形管的底部打一個(gè)小孔，再將長(zhǎng)約2cm的一段橡皮管套在小孔上（見圖6）。至此，一個(gè)帶有調(diào)壓氣孔的S形管就制好了（通過撥動(dòng)橡皮管，露出氣孔，即可使右端U形管的內(nèi)外壓強(qiáng)相等）。

（2） 將125mL廣口瓶、15mm×150mm試管、S形管、雙孔橡皮塞，按圖5所示裝置連接好。

（3） 用注射器向S形管的右端U形管內(nèi)加入適量紅色液體。

（4） 輕輕撥動(dòng)橡皮管，露出再封閉調(diào)壓氣孔，使U形管兩邊的液面保持水平。將兩手搓熱后手捂廣口瓶中下部，如果右端U形管內(nèi)出現(xiàn)液面差（右高左低），則說明廣口瓶不漏氣，裝置的氣密性良好。

（5） 將適量的氫氧化鈉固體與2～3粒藍(lán)色硅膠放入一支試管中，然后在試管口塞緊橡皮塞（以防空氣中的水蒸氣干擾實(shí)驗(yàn)），輕輕振蕩試管一會(huì)兒，觀察到藍(lán)色硅膠沒有明顯變化;再將簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x插入試管內(nèi)的物質(zhì)中，觀察發(fā)光二極管不發(fā)光。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，固體氫氧化鈉中不含水，固體氫氧化鈉與藍(lán)色硅膠均不導(dǎo)電。

（6） 將適量的冰醋酸與2～3粒藍(lán)色硅膠裝入另一支試管中，然后塞緊橡皮塞，輕輕振蕩試管一會(huì)兒，觀察到藍(lán)色硅膠沒有明顯變化;再將簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x插入試管內(nèi)的物質(zhì)中，觀察發(fā)光二極管不發(fā)光。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，冰醋酸中不含水，冰醋酸與藍(lán)色硅膠均不導(dǎo)電。

（7） 將上述兩支試管中的混合物先后倒入圖5所示裝置的試管中，并用玻璃棒在試管中不斷地輕輕攪拌。很快可以觀察到，藍(lán)色硅膠逐漸變成紅色，說明酸與堿混合后有水生成;并且試管發(fā)燙、右端U形管內(nèi)液面左低右高（見圖7），說明酸與堿混合會(huì)伴隨著能量（熱）的釋放。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaOH+CH3COOHCH3COONa+H2O+熱。

（8） 待試管冷卻至常溫后，將簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x插入試管內(nèi)的混合物中，觀察到發(fā)光二極管發(fā)光變亮。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明，混合物中含有大量自由移動(dòng)的離子，進(jìn)而可知中和反應(yīng)生成了水。

2.5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1） 固體氫氧化鈉與冰醋酸的用量，應(yīng)根據(jù)兩者反應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行取用，即固體氫氧化鈉與冰醋酸的質(zhì)量比約為2︰3。但是反應(yīng)物的量不宜過多，以防反應(yīng)大量放熱，使試管里的水沸騰，造成U形管中的液體溢出。

（2） 盡量使用細(xì)小顆粒狀的氫氧化鈉固體，這比使用片狀氫氧化鈉固體的反應(yīng)速率快得多。

（3） 如果本實(shí)驗(yàn)中的藍(lán)色硅膠用無水硫酸銅粉末代替[6]，則固體燒堿的用量要少（即冰醋酸要過量），以防硫酸銅與氫氧化鈉在水中反應(yīng)（生成藍(lán)色沉淀，反應(yīng)放熱還會(huì)使藍(lán)色沉淀變?yōu)楹谏瑢?duì)正常實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾。

（4） 實(shí)驗(yàn)過程中，由于反應(yīng)放熱、醋酸易揮發(fā)，為了減少刺激性氣體逸出，可在試管口套一個(gè)小氣球。

2.6 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)通過多種途徑，引領(lǐng)學(xué)生真切感受中和反應(yīng)的實(shí)質(zhì)（生成水）、中和反應(yīng)的特征（放出熱量）。將其作為補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)用于教學(xué)，可強(qiáng)化對(duì)中和反應(yīng)概念的認(rèn)識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

（2） 改進(jìn)裝置性能穩(wěn)定、安全可靠、現(xiàn)象明顯;還可以完成其他涉及能量變化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如物質(zhì)溶解熱效應(yīng)實(shí)驗(yàn)、活潑金屬與酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、Ba（OH）2·8H2O與氯化銨反應(yīng)實(shí)驗(yàn)[7]、過氧化物參與反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)等，因此豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

（3） 本實(shí)驗(yàn)中藍(lán)色硅膠可重復(fù)使用（從反應(yīng)殘留物中分離出來后，可以用電吹風(fēng)或放入烘箱對(duì)其進(jìn)行加熱，使其失水變回藍(lán)色），節(jié)約了藥品。

（4） 借助簡(jiǎn)易導(dǎo)電性測(cè)量?jī)x，促進(jìn)學(xué)生從“酸、堿、鹽的溶液能導(dǎo)電”視角，探尋中和反應(yīng)有水生成，同時(shí)說明水是“解離出自由移動(dòng)離子”的重要條件。這種設(shè)計(jì)不僅新穎有趣，而且擴(kuò)大思維空間，有利于初、高中化學(xué)教學(xué)的銜接。

實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，它使學(xué)生更真切地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、感受化學(xué)之美。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，化學(xué)教師理性質(zhì)疑教科書中實(shí)驗(yàn)的不足，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，可以突出化學(xué)實(shí)驗(yàn)激趣、啟智、立德、練技等功能，有效提升化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約性、實(shí)用性、趣味性和探究性[8]。

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[8]李德前. 例談初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思維方法[J]. 化學(xué)教學(xué)，2013，（3）：65～68.