二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應進程的可視化探究

史鳳華

摘 要：化學反應往往通過一系列現象就可以直觀判斷反應的進程和效果，比如顏色的變化，沉淀的產生;然而有些實驗很難直觀看出反應的情況，這就需要通過創新設計實驗方式，達到直觀判斷的效果。本文通過創新設計二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的方式，通過氣壓的變化判斷反應的進程，有利于學生對反應的理解。

關鍵詞：二氧化碳;氫氧化鈉;可視化;探究

化學變化過程中常常伴隨一些現象的發生，例如顏色改變、放出氣體、生成沉淀、吸熱、放熱和發光等，通過觀察到的現象，可以幫助我們判斷物質是否發生了化學變化。對于無現象發生的反應如何設計出一些實驗，使反應產生明顯現象，從而直觀地證明發生了化學反應呢？本文以實驗探究二氧化碳與氫氧化鈉發生化學反應為載體進行研究，探尋證明無現象反應的方法和途徑。

實驗：向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳氣體，觀察到沒有任何現象。

問題：沒有明顯實驗現象就一定沒有發生化學反應嗎？

一起回想，用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量的實驗原理：

點撥引導：紅磷燃燒消耗集氣瓶中的氧氣，使集氣瓶內氣壓減小，外界大氣壓將燒杯中的水壓入集氣瓶中。

任務一：請同學們根據密閉容器中氣體量的減少，使裝置內的氣壓減小，從而獲得明顯的實驗現象的原理，利用實驗臺上提供的儀器，小組內交流討論，設計實驗方案，組裝儀器。

學生活動：同學們都很踴躍，積極參與實驗的設計，合理分工。展示實驗裝置如下：

開始試驗，請每位小組長按照要求分別進行演示和講解。

第一組：將收集滿二氧化碳氣體的試管倒置在氫氧化鈉溶液中，片刻后，觀察到氫氧化鈉溶液倒吸入試管中，并且試管中液面高于燒杯中液面。

第二組：向收集滿二氧化碳氣體的軟塑料瓶中，注入適量的氫氧化鈉溶液，立即旋緊瓶蓋，振蕩，發現軟塑料瓶變癟。

第三組：向收集滿二氧化碳氣體的集氣瓶中，注入適量的氫氧化鈉溶液，蓋上玻璃片，振蕩，倒置集氣瓶，發現玻璃片不會掉下來。

第四組：在收集滿二氧化碳氣體的集氣瓶口塞上雙孔橡皮塞，打開分液漏斗活塞，向其中滴入氫氧化鈉溶液，振蕩，觀察到氣球慢慢鼓起來。

同學們積極參與，勤于動腦，設計的方案現象明顯，老師也設計了一個實驗方案，請同學們幫我檢驗一下，看看我的方案是否可行。

老師演示實驗一：會行走的注射器

在集滿二氧化碳氣體的試管口塞上單孔橡皮塞，注射器內吸入的是氫氧化鈉溶液，先輕輕推動一下注射器，向試管中注入少量氫氧化鈉溶液，此時停止推動，觀察現象：好神奇啊！注射器活塞自動向下滑動。

問題：這些現象的發生都是因為裝置內二氧化碳氣體量的減小，導致裝置內氣壓減小而產生的。二氧化碳氣體的減小就一定是被氫氧化鈉反應了嗎？

小組內交流討論，提出質疑;因為氫氧化鈉溶液中含有水，二氧化碳溶于水或者與水反應也可以使裝置內氣壓減小，產生上述現象。

追問：怎么就能證明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應呢？

我們可以設計對比實驗加以驗證。

老師實驗二： 越變越瘦的瓶子

向一個集滿二氧化碳氣體的軟塑料瓶塞緊橡皮塞，

橡皮塞插有廢棄的燃燒匙，燃燒匙內裝有適量的氫氧

化鈉固體，將燃燒匙上拉，使氫氧化鈉固體與橡皮塞

底部接觸，防止氫氧化鈉固體掉落，向軟塑料瓶中注

入適量水，蓋緊橡皮塞，振蕩，發現塑料瓶變癟程度

并不明顯。將燃燒匙略微下拉，傾倒塑料瓶，振蕩，

使氫氧化鈉固體充分溶于水，觀察現象。

觀察到塑料瓶迅速變癟。該實驗充分說明氫氧化鈉確

實能與二氧化碳發生反應。

問題：能否從有新物質生成的角度再次實驗驗證NaOH溶液與CO2發生了反應。

小組內交流討論，設計實驗方案。

展示方案：

方案一：取反應后的溶液適量置于試管中，向其中滴加酚酞試液，觀察到溶液由無色變為紅色，證明NaOH溶液與CO2發生了反應。

師：這位同學采用指示劑變色的方法，大家有異議嗎？

生：我認為不行，因為反應物氫氧化鈉顯堿性，生成物碳酸鈉也顯堿性，同樣會使酚酞試液變紅色。

師：雖然這位同學的設計沒有獲得成功，但他考慮到了使用指示劑，這也是思考的一個途徑，的確有一些反應可以用指示劑來檢驗，例如前面學過的酸與堿發生的中和反應就要借助酸堿指示劑來判斷是否反應以及反應進行程度。

方案二：取反應后的溶液適量置于試管中，向其中滴加稀鹽酸，觀察到產生氣泡。

方案三：取反應后的溶液適量置于試管中，向其中滴加石灰水，觀察到產生白色沉淀。

方案二和方案三，從有新物質碳酸鈉生成的角度，再次驗證了NaOH溶液與CO2確實發生了反應。

實驗反思：對于沒有明顯實驗現象的反應，可以從以下幾個角度進行實驗設計：

1.從反應物之一的減少 。 2.有新物質的生成。3.利用酸堿指示劑

通過以上的探究和拓展，我們不僅可以引導學生多角度、多層次的設計實驗，在實驗過程中學會干擾因素的分析與排除，設計出裝置簡單、現象明顯的實驗方案，而且培養學生知識應用能力，發展學生的創新能力，使學生明確探究的一般過程和方法，激發學習化學的興趣，培養學生尊重事實的科學態度。