對幾個基礎化學實驗的分析及應用

李旭娃

摘要： 對三個較特殊的基礎化學實驗作精準清晰的分析，并利用這三個實驗的特點設置問題情境。通過啟發引導，進行實驗探究，巧妙地復習和鞏固知識，揭示化學反應的不同本質。對化學實驗教學中靈活處理某些問題作了較深入的分析與探索。

關鍵詞： 特殊實驗； 溶解平衡； 操作順序； 濃度影響

文章編號： 10056629（2023）05006603

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

有些化學實驗很特殊，其現象往往不便用所學知識來解釋。對于這類實驗，要抓住問題的關鍵，精準分析，使迷茫的問題清晰化。根據其特點巧妙地、針對性地運用于有關教學中，就會收到理想的效果。

1 應用溶解平衡知識的實驗

學完了化學平衡和沉淀溶解平衡知識之后，為了使所學知識得到強化訓練，設置一些問題情境，然后利用所學知識進行分析探究，使問題得到解決，從而達到對所學知識加以復習鞏固和應用的目的。例如，以復分解反應的有關問題為線索，可以設置下列活動過程。

1.1 石灰水與氫氧化鈉溶液的混合

設問：石灰水與氫氧化鈉溶液能否發生反應？

學生很快做出判斷：不符合復分解反應發生的條件，不會發生反應。

然后，通過化學實驗，將“異常”、意外的實驗現象展現出來，設置問題情境。

實驗1 向一試管中加入2.0mL飽和澄清石灰水，再加入2.0mL 0.2mol·L-1的NaOH溶液，立即出現白色沉淀（渾濁）。

對此，學生感到很意外，這是為什么？經過分析探究得出，可能是由于NaOH與空氣中的CO2生成了Na2CO3， Na2CO3再與Ca（OH）2反應生成了CaCO3白色沉淀。

為了驗證這個問題，又進行了下列實驗。

實驗2 向實驗1的試管中加入鹽酸，沉淀很快溶解，但幾乎看不到有氣泡生成。

實驗2說明，白色沉淀不是CaCO3。

設問：是不是向飽和澄清石灰水中加入任意濃度的NaOH溶液，都一定能出現白色沉淀？

實驗3 向一試管中加入2.0mL飽和澄清石灰水，再加入2.0mL 0.010mol·L-1的NaOH溶液，沒有白色沉淀析出。

實驗1和實驗3說明，向飽和澄清石灰水中加入NaOH溶液時，有無白色沉淀析出，與加入NaOH溶液的濃度有關。當濃度相對較大時，能析出白色沉淀，而當濃度相對較小時則不能。

那么，這種白色沉淀究竟是什么物質？為什么加入不同濃度的NaOH溶液時其情況不同？析出沉淀的過程是否發生了復分解反應？

這些問題，自然地會激發學生的求知欲望和探究欲望。

（1） 當學生學習了影響化學平衡移動的條件之后，引導其運用化學平衡移動原理進行分析探究。

在澄清石灰水中存在平衡Ca（OH）2（s）Ca（OH）2（l）Ca2+（aq）+2OH-（aq）。當加入NaOH溶液之后，溶液的體積增大，Ca2+濃度一定減小，有使平衡右移的趨勢。而OH-濃度的增減隨著加入NaOH濃度的不同而不同。①當加入的NaOH溶液濃度相對較大時，OH-濃度增大，有使平衡左移的趨勢。如果OH-濃度增大使平衡左移的趨勢大于Ca2+濃度減小使平衡右移的趨勢時，總體趨勢是平衡左移，會有Ca（OH）2白色沉淀析出。反之，則不會析出。②當加入的NaOH溶液濃度相對較小時，如比飽和澄清石灰水中的OH-濃度還小，則OH-濃度減小，會使平衡右移。這樣，Ca2+和OH-濃度的變化，都使平衡右移，就不會有Ca（OH）2白色沉淀析出。

（2） 當學生學完溶度積知識之后，可以用溶度積規則進行分析探究［1］。

溶度積適用于解決難溶、微溶電解質的溶解問題。

由此可知，實驗1中的白色沉淀是Ca（OH）2。向飽和澄清石灰水中加入NaOH溶液后，不論有無白色沉淀析出，都沒有生成與Ca（OH）2和NaOH不同的物質，所以，析出白色沉淀的變化并非化學變化（雖然“溶解”包含物理的機械擴散和化學的溶劑化，是一種物理化學過程，在中學階段，根據其知識內容，可以略去化學過程，只認為沒有新的物質產生，是物理變化，則更易被學生所接受，更切合教學實際），也并未發生復分解反應。

同時還說明，兩種電解質溶液混合，有沉淀析出時，不一定發生了化學反應。

1.2 問題的引申

由上述內容可知，向Ca（OH）2飽和溶液中加入濃度較大的NaOH溶液時，增大了溶液中OH-的濃度，因此，會有Ca（OH）2沉淀析出。同樣，向Ca（OH）2飽和溶液中加入濃度較大的CaCl2或Ca（NO3）2溶液時，也會有Ca（OH）2沉淀析出。

由此可以得出結論：通常向A電解質飽和溶液中加入B電解質溶液，引起A電解質的一種離子濃度增大而使溶解平衡移動的趨勢，大于A電解質的另一種離子因濃度減小而使溶解平衡移動的趨勢時，就會有A電解質的沉淀析出。

生成易溶物的不少實驗也有類似情況。向飽和NaCl溶液中加入含有Na+濃度較大的溶液（例如14mol·L-1的NaOH）或加入Cl-濃度較大的溶液（例如濃鹽酸）都會立即有白色沉淀析出……這些實驗現象都可以根據需要巧妙地應用于化學教學中。

2 操作順序不同，最終結果不同的實驗

反應物相同的2個實驗，如果操作順序不同時，其實驗結果是否相同呢？

實驗結果是否相同，就是實驗結束后，其生成物的種類及其量的多少是否相同。這必須要保證反應的各種條件都相同（只有操作順序不同）時，實驗才具有公平性和可比性。

絕大多數實驗，在其他反應條件相同而操作順序不同時，其實驗結果是相同的。例如，HCl溶液與NaOH溶液的反應。

但有少許實驗，當操作順序不同時，其最終結果會不同。

（2）向盛有1mL 0.1mol·L-1 HCl溶液的試管中逐滴緩慢加入3mL 0.1mol·L-1的Na2CO3溶液，邊滴加邊輕輕搖動?？梢钥吹?，當Na2CO3溶液剛滴入到HCl溶液中時，明顯有氣泡產生。這是因為，剛加入Na2CO3溶液時，Na2CO3遠遠不足，而H+遠遠過量。部分CO2-3與H+反應CO2-3+2H+CO2↑+H2O；部分CO2-3與H+反應CO2-3+H+HCO-3，HCO-3進一步與H+反應HCO-3+H+CO2↑+H2O。開始時段的總反應是CO2-3+2H+CO2↑+H2O。隨著CO2-3的不斷加入和H+的不斷消耗，氣泡越來越少，H+濃度越來越小，不足的H+與過量的CO2-3反應CO2-3+H+HCO-3。因此，后面不再有CO2氣體放出，只有HCO-3生成。

所以，由于操作不同，實驗結果不同。

在實驗4（1）中，只發生了一種反應，只生成了HCO-3一種物質；在實驗4（2）中，先后發生了兩種反應，分別生成了H2CO3（CO2和H2O）以及HCO-3。

這兩個操作不同的實驗都有共同的物質HCO-3生成，但一個生成的HCO-3為1×10-4mol，而另一個生成的則小于1×10-4mol。

顯然，這兩個實驗的結果，既有質的不同，又有量的不同，且實驗現象也有差異。

Na2CO3與稀HNO3、稀H2SO4的反應也有這種特點。

Na2SO3溶液、Na2S溶液與稀HCl、稀H2SO4的反應也有這種特點。

根據這種結論，可以選擇滴定分析實驗中的操作順序。例如，可以用已知濃度的HCl溶液滴定Na2CO3溶液，以使在CO2-3與H+恰好生成HCO-3時便于判斷。但不宜用Na2CO3溶液滴定HCl溶液。因為：①CO2氣體放出多少難以判斷；②難以判斷滴定終點。

3 相同反應物產生不同生成物的實驗

有些化學反應，在條件不同時，相同的反應物生成了不同的物質，這也是一個特殊的是化學現象。

氫氧化鉀溶液與硝酸溶液的反應，隨著濃度的不同而不同，其方程式也會不同。

實驗5 （1）將稀氫氧化鉀與稀硝酸混合后，沒有現象，即沒有沉淀、氣體等明顯的現象產生，其方程式為OH-+H+H2O。

（2）將氫氧化鉀飽和溶液（或其他濃度足夠大的）與69%的濃硝酸溶液（或其他濃度足夠大的）以體積比1∶1混合（將一種溶液逐滴加入到另一種溶液中）。等待片刻，有白色晶體析出。白色晶體是KNO3。其反應的方程式是K++OH-+H++NO-3KNO3↓+H2O。

實驗5說明，在化學教學中，對于化學方程式的書寫要具體問題具體分析，靈活運用書寫規則，不要被框框條條捆住手腳［4］。

在化學實驗教學中，化學教師一定要有高度的敏感性，深入細致地觀察實驗的每一個細小的環節和過程，不僅要善于抓住問題的普遍性，而且還要善于全面看問題、細致地加以分析、巧妙地予以運用，才能使化學實驗發揮更大的作用，也才會避免因教師對有關現象無法解釋而出現的尷尬場面。

參考文獻：

［1］人民教育出版社等編. 普通高中課程標準實驗教科書·化學（選修4）（第3版）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2007： 65.

［2］楊德任主編. 中學教學全書化學卷［M］．上海： 上海教育出版社，1996：887.

［3］肖中榮， 周萍. 再談碳酸鈉和鹽酸反應的實驗改進［J］. 化學教學， 2019， （10）： 54～56.

［4］繆徐. 基于特征體現的概念教學創新——以初中“化學方程式”的教學為例［J］. 化學教學， 2019， （5）： 61～63.