中和反應在實驗探究中的華麗“變身”

山東省棗莊市市中區永安鎮中學 陳 麗 277100

科學探究是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動[1]，也是新課程倡導的重要學習方式，更是中考永恒不變的命題類型.縱觀近幾年中考化學試題，關于中和反應的實驗探究內容多變、形式靈活，呈現了一派華麗“變身”的景象.

1 探究反應是否發生

例1（2020.十堰）實驗探究一：堿能與酸發生中和反應，為探究中和反應是否已經發生，設計了如下實驗：（1）向盛有澄清石灰水的燒杯中先滴加幾滴酚酞溶液，再緩慢滴加稀鹽酸，邊加邊攪拌.當觀察到_____，說明中和反應已經發生.（2）向盛有少量石灰乳的燒杯中加入適量稀鹽酸，并攪拌，觀察到白色渾濁完全消失，該實驗_____（填“能”或“不能”）說明中和反應已經發生.

實驗探究二：向盛有氯化銅溶液的燒杯中加入過量稀氫氧化鈉溶液，觀察到____，說明堿能與某些鹽發生反應.

實驗探究三：在完成實驗探究一、二后，將三只燒杯中的所有物質倒入廢液缸，最終得到澄清溶液.該溶液中除酚酞外，一定含有的溶質有________.

歸納總結：堿能跟某些非金屬氧化物、酸、某些鹽反應，還能使酸堿指示劑顯色.

解析：實驗探究一：（1）酚酞試液在堿性溶液中顯示紅色，是因為溶液中存在氫氧根離子.當向堿性溶液中滴入酸后，由于發生中和反應而使氫氧根離子消耗，因此紅色會逐漸褪去.所以，向盛有澄清石灰水的燒杯中先滴加幾滴酚酞溶液，此時溶液呈紅色，再緩慢滴加稀鹽酸，當觀察到溶液由紅色變成無色，說明中和反應已經發生.（2）氫氧化鈣能溶于水，而稀鹽酸中含有較多的水，所以向盛有少量石灰乳的燒杯中加入稀鹽酸觀察到白色渾濁完全消失，可能是由于氫氧化鈣被水溶解而使溶液變的澄清.所以，該實驗不能說明中和反應已經發生.

實驗探究二：氯化銅和氫氧化鈉反應生成氫氧化銅沉淀和氯化鈉.所以，向盛有氯化銅溶液的燒杯中加入過量稀氫氧化鈉溶液，可以觀察到有藍色沉淀生成；

實驗探究三：探究一反應的化學方程式為：Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2O，實驗后溶液中一定含有氯化鈣；探究二反應的化學方程式為：CuCl2+2NaOH=Cu（OH）2↓+2NaCl，實驗后溶液中一定含有氯化鈉；探究三中，將三只燒杯中的所有物質倒入廢液缸最終得到澄清溶液，說明探究一中酸過量，把探究二中生成的氫氧化銅和過量的氫氧化鈉反應消耗掉，反應的化學方程式為：Cu（OH）2+2HCl=CuCl2+2H2O，NaOH+HCl=NaCl+H2O，此時酸仍可能有剩余，但氫氧化銅和氫氧化鈉無剩余.故混合后的溶液中除酚酞外，一定含有的溶質有氯化鈣、氯化鈉和氯化銅，可能含有稀鹽酸.

答案：溶液由紅色變成無色；不能；有藍色沉淀生成；氯化鈣、氯化鈉、氯化銅（填化學式也正確）.

點評：很多酸堿反應時沒有明顯的現象，因此需借助指示劑、pH計、溫度計等，通過顏色的變化、pH的變化或溫度的變化情況間接確定.此題通過探究“中和反應是否發生”，考查了指示劑隨溶液酸堿性的變色情況、氫氧化鈣的溶解性以及酸堿鹽之間的反應等知識點，也考查了學生嚴密的邏輯思維能力，有助于激發對科學的興趣，培養科學素養，提高科學探究能力.

2 探究反應生成了水

例2（2020.天門）“如何驗證酸與堿反應生成水”是以下探究過程中的研究主題，請完成以下相關問題.

（1）實驗證明酸與堿可發生中和反應，圖1從微觀角度說明中和反應的實質是________.

圖1

（2）鹽酸、硫酸等酸以酸溶液的形式存在，酸溶液與堿反應時，無法判斷生成物中有“水”生成.如何設計實驗驗證酸與堿發生反應生成了“水”？

（3）冰醋酸即無水醋酸，藍色硅膠遇水變紅，CH3COOH+NaOH=CH3COONa+H2O，是冰醋酸與NaOH固體反應的化學方程式，CH3COONa在水溶液中可解離出自由移動的CH3COO-和Na+.將適量的冰醋酸（CH3COOH）、NaOH固體及幾粒藍色硅膠置于試管中，塞上橡皮塞，輕輕振蕩試管，觀察到的現象是 ______.上述實驗及實驗現象，能說明“水”是化學反應生成的嗎？該結論不嚴謹！

（4）以科學嚴謹的態度思考，應在下列2個實驗的基礎上，再做上述實驗.__________

實驗一實驗二__________實驗方案（寫出所用試劑即可）、實驗現象試劑與現象：試劑與現象：

①上述設計采用了____的實驗方法.②冰醋酸與NaOH固體充分混合后得到的固液混合物能夠導電，是因為________.

解析：觀察反應的微觀示意圖可知，鹽酸中的氯離子和氫氧化鉀中的鉀離子在反應后并無變化，而氫離子和氫氧根離子在反應后結合成了水分子，所以中和反應的實質是酸中的氫離子和堿中的氫氧根離子結合生成水分子；冰醋酸（CH3COOH）為酸，NaOH為堿，它們相遇由于發生中和反應而生成水，因此能使同在試管中的藍色硅膠變紅；但是使藍色硅膠變紅的水可能是化學反應生成的，也可能是冰醋酸固體和氫氧化鈉固體本身含有的，因此該結論并不嚴謹，應設計對比實驗，驗證冰醋酸固體和氫氧化鈉固體不含水，從而排除后者.因此解決方案中，實驗所需要的試劑分別為冰醋酸固體和氫氧化鈉固體，實驗現象是藍色硅膠不變色；溶液能夠導電，是因為存在自由移動的離子.CH3COONa在水溶液中可解離出自由移動的CH3COO-和Na+，因此冰醋酸與NaOH固體充分混合后得到的固液混合物能夠導電.

答案：氫離子和氫氧根離子結合生成水分子；藍色硅膠變紅；冰醋酸，藍色硅膠不變色；氫氧化鈉固體，藍色硅膠不變色；對比；CH3COONa在水溶液中可解離出自由移動的CH3COO-和Na+.

點評：中和反應中一定有水生成，但往往觀察不到，因此需要進行巧妙的設計、科學的驗證和嚴密的邏輯推理.此題巧妙選擇冰醋酸和氫氧化鈉固體作為反應物，借助“藍色硅膠遇水變紅”的事實原理驗證“水”的存在，運用“對比”的實驗方法進行排除和推論，不僅呈現了科學探究的科學性和嚴謹性，也開闊了學生視野，有利于培養他們的創新精神和實踐能力，激勵他們從多角度、全方位去分析和解決問題.

3 探究反應中溫度變化

例3（2020.泰州）酸堿中和反應是初中階段重要的一類反應,請你一起參與探究.

實驗探究Ⅰ 在50mL一定濃度的氫氧化鈉溶液中滴加50mL一定濃度的鹽酸，并用玻璃棒攪拌，觀察到溶液的溫度____，由此現象小李同學得出兩者能發生反應的結論.通過查閱相關資料后，小張同學發現此結論不夠嚴謹，設計了下列3個對比實驗：①50mL一定濃度的鹽酸與50mL蒸餾水混合，測量溶液溫度的變化；②50mL一定濃度的氫氧化鈉溶液與50mL蒸餾水混合，測量溶液溫度的變化；③50mL一定濃度的鹽酸與50mL一定濃度的氫氧化鈉溶液混合，測量溶液溫度的變化.用數字化實驗技術測得3個實驗，溶液溫度隨時間變化的關系如圖2所示.

（1）由圖2可知，鹽酸、氫氧化鈉溶液稀釋時均______（填“放熱”或“吸熱”），但它們稀釋時溫度的變化量遠_____兩溶液混合時溫度的變化量.

圖2

（2）從微觀角度分析，此中和反應的溫度變化主要是由于_____（填離子符號）兩種離子發生反應放出熱量的緣故.

實驗探究Ⅱ（1）在50mL一定濃度的氫氧化鈉溶液中滴加2～3滴酚酞試液，再逐滴加入一定濃度的鹽酸，并用玻璃棒攪拌，溶液顏色由紅色剛好變為無色時，可說明兩者發生了反應.該反應的化學方程式為________.（2）取一定量反應后的無色溶液加熱蒸發，在蒸發的過程中，“意外”發現溶液由無色又變成紅色.同學們對紅色溶液中溶質的成分（酚酞除外）進行再探究.查閱資料：酚酞在pH＜8.2的溶液中呈無色，在8.2＜pH＜14的溶液中呈紅色.作出猜想：猜想一NaCl；猜想二：NaCl、NaOH；猜想三NaCl、NaOH和Na2CO3.同學們討論后一致認為猜想_____是錯誤的，理由是______.實驗驗證：取樣，滴加___，無氣泡產生，猜想三錯誤.原因分析：反應后無色溶液中仍存在少量NaOH，加熱蒸發，當溶液的pH在___范圍內，溶液的顏色變紅.總結反思：向某堿性溶液中滴加2～3滴無色酚酞試液，振蕩后溶液的顏色____（填“一定”或“不一定”）變紅.

解析：中和反應是放熱反應，所以向氫氧化鈉溶液中滴加鹽酸，由于酸堿中和放出熱量而使溶液的溫度升高；仔細觀察圖2，發現鹽酸、氫氧化鈉溶液稀釋時溫度的變化曲線都是上升的，因此可知它們的溶液稀釋時均放出熱量，但曲線上升的程度是不同的，實驗③上升的幅度最大，實驗①和②上升的幅度較小，由此可知鹽酸、氫氧化鈉溶液稀釋時溫度的變化量遠小于兩溶液混合反應時溫度的變化量；中和反應放熱的原因是酸中的氫離子和堿中的氫氧根離子結合生成水分子的緣故；鹽酸和氫氧化鈉反應生成氯化鈉和水，化學方程式為NaOH+HCl=NaCl+H2O；根據質量守恒定律可知，化學反應前后元素的種類不變，鹽酸和氫氧化鈉中只含氫、氧、氯、鈉四種元素，不含碳元素，反應后不會生成碳酸鈉，所以猜想三是錯誤的；進一步排除碳酸鈉的存在，可以利用碳酸鈉能與酸發生反應放出氣體的性質進行實驗，但由于氫氧化鈉的存在，所以必須加入足量的酸溶液，無氣泡產生，才能判斷猜想三錯誤；根據資料“酚酞在pH＜8.2的溶液中呈無色，在8.2＜pH＜14的溶液中呈紅色”，反應后的溶液pH只有在8.2—14的范圍內，溶液才能從無色變為紅色，所以向某堿性溶液中滴加2～3滴無色酚酞試液，振蕩后溶液的顏色不一定變紅.

答案：升高；放熱；小于；H+、OH-；NaOH+HCl=NaCl+H2O；三；反應物中不含碳元素；足量稀鹽酸；8.2～14；不一定.

點評：化學變化中往往伴隨能量的變化，這種能量的變化通常表現為熱能、光能和電能的釋放或吸收.酸和堿相遇時，由于能量較高的氫離子和氫氧根離子結合生成能量較低的水分子，因此反應會放出熱量.此題圍繞鹽酸和氫氧化鈉的中和反應放熱情況和實驗過程中的“意外”情況展開探究，展示了比較完整的科學探究過程：猜想、驗證、結論、反思，不僅考查了學生的思維能力、讀圖、識圖及獲取、使用信息的能力，也增進了學生對科學探究的理解，發展了科學探究能力，更突出了新課改理念，激勵學生勇于探究、敢于質疑、大膽創新.

4 探究反應的程度

例4（2020.畢節）在《探究酸、堿的化學性質》實驗課上，某同學向盛有約2mL氫氧化鈉溶液的試管中滴加稀硫酸，沒有觀察到現象.請教老師后，他發現自己在滴加稀硫酸前忘了加入酸堿指示劑，導致無法判斷反應情況，于是他對試管中溶液的中和程度進行探究.探究目的：探究試管中溶液的中和程度.實驗原理：試管中發生反應的化學方程式為_______.做出猜想：猜想l，氫氧化鈉未完全反應，溶液呈堿性.猜想2，氫氧化鈉和硫酸恰好完全反應，溶液呈中性.猜想3，氫氧化鈉完全反應、硫酸過量，溶液呈酸性.

實驗操作另用試管取該溶液1～2mL，滴 入1～2滴無色酚酞溶液，振蕩實驗現象溶液變實驗結論溶液呈堿性溶液不變色溶液呈酸性或中性

分析思考：（1）若溶液呈堿性，向試管里的溶液中逐滴加入FeCl3溶液，將產生紅褐色沉淀，反應的化學方程式為______.

方案1用pH試紙測其酸堿度，若pH 7（選方案2填“＞”“＜”或“＝”），則溶液呈酸性加入金屬鋅，若有氣泡產生，則溶液呈酸性，該反應的化學方程式為 .

（2）若滴入酚酞后溶液不變色，為進一步確定溶液的酸堿性，該同學提出了以下方案：

解析：氫氧化鈉與硫酸反應生成硫酸鈉和水，化學方程式為2NaOH+H2SO4＝Na2SO4+2H2O；酚酞在堿性溶液中變紅，在酸性和中性溶液中為無色；若溶液呈堿性，則溶液中含有氫氧化鈉，向試管里的溶液中逐滴加入FeCl3溶液，氫氧化鈉和氯化鐵反應生成氫氧化鐵紅褐色沉淀和氯化鈉，化學方程式為3NaOH+FeCl3＝Fe（OH）3↓+3NaCl；pH＜7時，溶液呈酸性，pH＝7時，溶液呈中性，pH＞7時，溶液呈堿性.故用pH試紙測其酸堿度，若溶液呈酸性，則pH＜7；若溶液呈酸性，則溶液中含硫酸，鋅和硫酸反應生成硫酸鋅和氫氣，化學方程式為Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑.

答案：2NaOH+H2SO4＝Na2SO4+2H2O；紅色；3NaOH+FeCl3＝Fe（OH）3↓+3NaCl；＜；Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑.

點評：中和反應的程度取決于溶液中酸、堿有無剩余.若酸剩余，則溶液中存在多余的氫離子，顯酸性；若堿剩余，則溶液中存在多余的氫氧根離子，顯堿性；若酸、堿均無剩余，則溶液中既無多余的氫離子，也無多余的氫氧根離子，此時為酸堿恰好中和，溶液呈中性.此題以探究“氫氧化鈉溶液和稀硫酸的中和程度”為題，考查了酸堿指示劑、pH、體現酸、堿性質的有關反應化學方程式等知識，使學生認識到科學探究既需要觀察和實驗，又需要進行推理和判斷.理清“頭緒”，扎實掌握溶液酸堿性與指示劑顏色、pH范圍的關系，以及酸堿鹽有關反應的基礎知識，是正確解題的關鍵.