用數字化信息系統測定氫氧化鈉與二氧化碳的反應

《化學》（上教版9年級第2學期）第5章講述堿的化學性質時，涉及到氫氧化鈉與二氧化碳的反應，該反應的實驗本身沒有明顯的現象，中學化學教材及相關資料中也僅僅利用了檢驗生成物，運用密閉容器中反應前后壓強差等定性方法證明反應的發生。為此，我借助數字化信息系統（DIS）測定化學反應中二氧化碳濃度、pH值的變化，從定量的角度證明氫氧化鈉能與二氧化碳反應。設計了如圖1所示的裝置。

實驗用品

350mL定制反應容器（2個）、pH傳感器（2個）、pH采集器（2個）、二氧化碳傳感器（2個）、注射器（2個）、制取二氧化碳的實驗裝置和藥品、DIS實驗系統及設備。

實驗步驟和現象

將二氧化碳傳感器、pH傳感器與采集器、電腦連接。

用2個注射器分別抽取40mL飽和氫氧化鈉溶液和水。

分別將帶有二氧化碳傳感器、pH采集器、注射器的橡皮塞塞在盛有二氧化碳的反應容器上。

打開二氧化碳傳感器、pH傳感器開關，打開相應的實驗模板，單擊“脫機”，單擊“開始”選項，采集二氧化碳濃度。

待二氧化碳濃度示數穩定后，將注射器中的氫氧化鈉溶液和水迅速注入專用反應容器中，觀察圖像中顯示的二氧化碳濃度、pH值隨時間的變化。

待二氧化碳的濃度、pH值穩定后，單擊“結束”并保存實驗所得數據。

現象1（如圖2所示）：氫氧化鈉溶液消耗二氧化碳的量遠多于水。

現象2（如圖3所示）：氫氧化鈉與二氧化碳反應后，pH值變化范圍是11～7.14，水與二氧化碳反應后，pH值變化范圍是6～5。實驗創新之處

通過采集二氧化碳的濃度、pH值，可以及時、準確地通過圖像顯示化學反應中人體感官不能感知的現象，提供了一種新的實驗探究方法。

本裝置包含水與二氧化碳的反應，排除了氫氧化鈉溶液中溶劑水對二氧化碳消耗量減少的影響。通過對比實驗，使實驗結果更加明顯、準確。

裝置簡單，操作方便。明顯、直觀的現象使學生更易明白酸性氣體的處理方法，即用氫氧化鈉溶液吸收。

實驗設計說明

本實驗設計是關于等體積的氫氧化鈉飽和溶液、水分別與等濃度的二氧化碳反應，消耗二氧化碳、pH值變化的對比實驗。其中，二氧化碳與水反應的實驗主要是排除氫氧化鈉溶液中水對二氧化碳濃度減少的影響。在實驗器材的選擇上，制取二氧化碳的發生裝置采用啟普發生器，便于控制二氧化碳的收集2個反應容器采用體積相同的定制反應容器，便于用排水法收集較純凈的二氧化碳，并在安裝傳感器時應盡量減少瓶中二氧化碳的損失及空氣的進入；氫氧化鈉溶液和水的加入通過2個體積相同的注射器，能有效控制加入的速度，操作方便、簡單。

該項目獲得第27屆全國青少年科技創新大賽科技輔導員創新成果科教制作類一等獎。

專家評語

該項目通過使用二氧化碳探測器和pH計，將中學化學中經典的氫氧化鈉溶液與二氧化碳氣體的反應作實時監控，為中學化學實驗的定量測試提供了非常好的教具。該項目原理科學，概念清晰，構思巧妙，設計合理，作品教育性強。項目選題新穎，具有實質性創新，對傳統方法有突破。