河北省霸州市第八中學(xué) 楊海燕

探究氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應(yīng)

河北省霸州市第八中學(xué) 楊海燕

一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

小明學(xué)習(xí)了堿的化學(xué)性質(zhì)后，知道二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水。但在“探究酸和堿的性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)課上，他向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳時(shí)并沒(méi)有看到明顯的現(xiàn)象。小明感到非常困惑，究竟該如何證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發(fā)生反應(yīng)呢？

二、分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

針對(duì)小明提出的問(wèn)題，老師提示說(shuō)：“對(duì)于無(wú)明顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)，可以從證明反應(yīng)物消失和有新物質(zhì)生成兩個(gè)角度入手，設(shè)計(jì)有明顯現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)間接證明該反應(yīng)發(fā)生?！庇谑怯型瑢W(xué)說(shuō)：“可以向氫氧化鈉溶液中滴加幾滴酚酞溶液，再通入二氧化碳，如果紅色消失，證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?！钡钟型瑢W(xué)反駁說(shuō)：“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的碳酸鈉溶液也顯堿性，因此紅色不會(huì)褪去，這個(gè)方案不可行。”

最終同學(xué)們討論交流后得出兩種方案：1.通過(guò)證明反應(yīng)物二氧化碳減少來(lái)證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；2.通過(guò)證明新物質(zhì)碳酸鈉生成來(lái)證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

老師肯定了同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的依據(jù)，并組織同學(xué)們分組設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)效果圖Ⅰ

三、交流實(shí)驗(yàn)方案

同學(xué)們受到“測(cè)定空氣里氧氣的含量”實(shí)驗(yàn)中，利用反應(yīng)后密閉裝置中的氣壓減小來(lái)測(cè)定氧氣含量的方法的啟發(fā)，決定通過(guò)“二氧化碳與氫氧化鈉溶液在密閉裝置中發(fā)生反應(yīng)后，二氧化碳?xì)怏w減少且無(wú)氣體生成，密閉裝置中氣壓減小”的現(xiàn)象，來(lái)證明反應(yīng)物二氧化碳參與了反應(yīng)，從而間接證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由此，同學(xué)們分組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：

方案一：把充滿二氧化碳的試管倒扣在氫氧化鈉溶液中，過(guò)一段時(shí)間后，觀察現(xiàn)象。

方案二：向一個(gè)充滿二氧化碳的軟塑料瓶中倒入氫氧化鈉溶液，蓋好瓶蓋，振蕩，觀察現(xiàn)象。

方案三：把帶有分液漏斗和玻璃管（下端系一個(gè)氣球）的雙孔橡膠塞與收集滿二氧化碳?xì)怏w的集氣瓶組裝好，然后把分液漏斗中的氫氧化鈉溶液滴入集氣瓶中，振蕩，觀察現(xiàn)象。

方案四：把帶有分液漏斗和玻璃管的雙孔橡膠塞與盛滿二氧化碳?xì)怏w的集氣瓶組裝好，玻璃管的另一端用帶有止水夾的橡膠管連接另一玻璃導(dǎo)管，玻璃導(dǎo)管的一端伸入盛有水的燒杯中，向分液漏斗中加入氫氧化鈉溶液，然后把分液漏斗中的氫氧化鈉溶液滴入集氣瓶中，振蕩，打開止水夾，觀察現(xiàn)象。

同學(xué)們?cè)诮涣鲗?shí)驗(yàn)方案時(shí)，有同學(xué)認(rèn)為二氧化碳能溶于水，也能使密閉裝置中的壓強(qiáng)減小，且以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)中用到的氫氧化鈉溶液中都有水，故實(shí)驗(yàn)方案不嚴(yán)密。老師提示說(shuō)：“1體積水只能溶解1體積的二氧化碳，但同體積的氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)時(shí)消耗的二氧化碳更多，故密閉裝置中的壓強(qiáng)減小的程度不同?！蓖瑢W(xué)們聽了老師的提示，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)方案，在以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)中均采用對(duì)照實(shí)驗(yàn)，用和氫氧化鈉溶液等體積的蒸餾水與氫氧化鈉溶液做對(duì)比，排除氫氧化鈉溶液中的水能吸收二氧化碳的干擾。

實(shí)驗(yàn)效果圖Ⅱ

設(shè)計(jì)證明有新物質(zhì)碳酸鈉生成的實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，同學(xué)們考慮到碳酸鈉溶液與氫氧化鈉溶液的本質(zhì)區(qū)別是碳酸根離子與氫氧根離子的不同，故加入的試劑與碳酸鈉和氫氧化鈉反應(yīng)的現(xiàn)象應(yīng)不同。結(jié)合所學(xué)的酸堿鹽之間的反應(yīng)，利用碳酸鈉能與酸、堿、鹽三種不同類別的物質(zhì)反應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。通過(guò)討論交流同學(xué)們認(rèn)為：氫氧化鈉溶液與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象，碳酸鈉溶液與足量的稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)有氣泡冒出；氫氧化鈉溶液與堿溶液不反應(yīng)，碳酸鈉溶液與氫氧化鈣溶液反應(yīng)生成白色沉淀；氫氧化鈉溶液與氯化鈣溶液、氯化鋇溶液不反應(yīng)，碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液、氯化鋇溶液反應(yīng)生成白色沉淀。由此，同學(xué)們分組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：

方案五：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后的所得溶液于試管中，加入足量的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象。

方案六：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后的所得溶液于試管中，滴加澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象。

方案七：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后的所得溶液于試管中，滴加氯化鈣溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象。

同學(xué)們從反應(yīng)物二氧化碳減少和新物質(zhì)碳酸鈉生成兩個(gè)角度設(shè)計(jì)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方案得到了老師的肯定。

四、分組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

驗(yàn)證密閉裝置中的二氧化碳減少的各對(duì)比實(shí)驗(yàn)的過(guò)程和現(xiàn)象分別如下：

方案一：把兩支充滿二氧化碳的試管分別倒扣在氫氧化鈉溶液和等量的蒸餾水中，過(guò)一段時(shí)間后，觀察到兩支試管中的液面都上升，但倒扣在氫氧化鈉溶液中的試管中的液面上升更迅速，且液面上升得比倒扣在蒸餾水中的試管中的高。

方案二：分別向兩個(gè)相同的充滿二氧化碳的軟塑料瓶中倒入相同體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，蓋好瓶蓋，振蕩，觀察到倒入氫氧化鈉溶液的軟塑料瓶迅速變癟，而倒入蒸餾水的軟塑料瓶過(guò)一會(huì)兒才變癟，且變癟的程度比倒入氫氧化鈉溶液的要差。

方案三：把兩套裝置的分液漏斗中等量的氫氧化鈉溶液和蒸餾水分別滴入盛有二氧化碳的集氣瓶中，振蕩，觀察到滴入氫氧化鈉溶液的集氣瓶中的氣球迅速變大，而滴入蒸餾水的集氣瓶中的氣球變大得慢且變大得小。

方案四：把兩套裝置的分液漏斗中等量的氫氧化鈉溶液和蒸餾水滴入盛有二氧化碳的集氣瓶中，振蕩，打開止水夾后，觀察到燒杯中的水被吸入集氣瓶中，但滴入氫氧化鈉溶液的集氣瓶中吸入的水多。

通過(guò)上述四個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在排除二氧化碳溶于水的干擾的前提下，都有明顯的現(xiàn)象證明密閉裝置中的氣壓減小，即反應(yīng)物二氧化碳減少，進(jìn)而證明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

證明有新物質(zhì)碳酸鈉生成的實(shí)驗(yàn)中，按照方案五、六、七進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，向氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)后的溶液中分別滴入足量的稀鹽酸、澄清石灰水、氯化鈣溶液（即酸、堿、鹽三種不同類別的物質(zhì)），觀察到滴入足量稀鹽酸后有大量氣泡產(chǎn)生，滴入澄清石灰水、氯化鈣溶液后都有白色沉淀生成。通過(guò)這些明顯的現(xiàn)象證明新物質(zhì)碳酸鈉的確存在，進(jìn)而證明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

五、得出結(jié)論

通過(guò)反應(yīng)物二氧化碳的減少和新物質(zhì)碳酸鈉的生成證明氫氧化鈉溶液和二氧化碳能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。