徐雯 陳瑤

摘 要：在NaHCO3溶液與CaCl2溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，本文采用pH傳感器和CO2傳感器，根據(jù)反應(yīng)過(guò)程中溶液的pH和CO2濃度的變化探討反應(yīng)產(chǎn)物，同時(shí)通過(guò)不同濃度反應(yīng)物的反應(yīng)也可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。將該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于高中化學(xué)必修一“碳酸氫鈉和碳酸鈉的鑒別”的教學(xué)中，有利于學(xué)生正確理解NaHCO3與CaCl2的反應(yīng)，突破教學(xué)中的難點(diǎn)與疑點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：氯化鈣;碳酸氫鈉;pH傳感器;CO2傳感器

一、問(wèn)題的提出

Na2CO3和NaHCO3是都是常見(jiàn)的Na的化合物，而Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)比較和鑒別是教學(xué)中的重要內(nèi)容。在目前的中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)知道，可以根據(jù)兩種物質(zhì)的熱穩(wěn)定性和與酸反應(yīng)的不同現(xiàn)象來(lái)鑒別Na2CO3和NaHCO3，那么能否用CaCl2溶液鑒別Na2CO3和NaHCO3呢？通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)CaCl2溶液分別與Na2CO3和NaHCO3溶液反應(yīng)都會(huì)出現(xiàn)溶液渾濁的現(xiàn)象，也會(huì)反應(yīng)生成沉淀，現(xiàn)象看似差別不大，那么CaCl2溶液是否可以鑒別Na2CO3和NaHCO3溶液，以及如何讓學(xué)生能夠直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，深刻地理解CaCl2和NaHCO3的反應(yīng)呢？

為此，我們針對(duì)CaCl2溶液和NaHCO3溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)中引入pH傳感器和CO2傳感器分別來(lái)檢測(cè)反應(yīng)過(guò)程中pH值、CO2濃度的變化，學(xué)生可以直觀地從計(jì)算機(jī)軟件生成的pH值與CO2濃度變化曲線中“觀察”到CaCl2和NaHCO3是否發(fā)生了反應(yīng)。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)不同反應(yīng)物濃度之間的反應(yīng)，也可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到反應(yīng)物濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響。相對(duì)于電導(dǎo)率傳感器、渾濁度傳感器等，能夠使學(xué)生更容易理解pH傳感器和CO2傳感器的作用，同時(shí)幫助他們理解傳感器對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的含義，并對(duì)圖表分析比較能力有一定的提升。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

①分別配制0.05 mol/L、0.1mol/L、0.2mo1/L碳酸氫鈉溶液與0.1mol/L氯化鈣溶液，備用。使用移液管（25mL）移取25 mL，0.1mol/L的氯化鈣溶液至三頸燒瓶（100mL）中;

②搭建實(shí)驗(yàn)裝置。將30mL注射器、CO2傳感器和pH傳感器（傳感器已提前預(yù)熱）按順序從左至右分別置入三頸燒瓶中，并保證嚴(yán)格密封，且保持CO2傳感器暴露于三頸燒瓶?jī)?nèi)的氣體中而pH傳感器末端被溶液浸沒(méi);打開(kāi)Logger Pro 3.8.6軟件，在數(shù)據(jù)采集器中設(shè)置模式（M）為“基于時(shí)間”，期間（D）為“600秒”，選擇“持續(xù)采集數(shù)據(jù)”，開(kāi)啟磁力攪拌器，當(dāng)傳感器數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)點(diǎn)擊“采集”數(shù)據(jù)，用注射器向瓶?jī)?nèi)注射25mL的0.05mol/L碳酸氫鈉溶液。實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)出到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理。

③控制變量，將反應(yīng)底物25mL，0.2mol/L碳酸氫鈉溶液和25mL，0.1mol/L氯化鈣溶液，25mL，0.2mo1/L碳酸氫鈉溶液和25mL，0.1mol/L氯化鈣溶液，重復(fù)上述操作，得到不同的實(shí)驗(yàn)曲線。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，觀察CO2含量和pH變化?？梢钥闯?，在不同濃度下該反應(yīng)都存在，當(dāng)碳酸氫鈉溶液剛剛加入后，混合液的pH迅速上升，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，混合液的pH逐漸下降，這說(shuō)明呈堿性的HCO3被消耗，而二氧化碳的濃度在不斷上升，說(shuō)明此反應(yīng)產(chǎn)生了二氧化碳，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一段時(shí)間后，說(shuō)明Ca2+和HCO3-反應(yīng)生成碳酸鈣和二氧化碳，反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后，溶液變渾濁，反應(yīng)結(jié)束去除混合液后，發(fā)現(xiàn)瓶底附著一層白色固體，反應(yīng)所得的二氧化碳濃度變化、pH的變化與觀察到瓶中的現(xiàn)象可充分證明了碳酸鈣和二氧化碳的產(chǎn)生。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的意義

（1）通過(guò)對(duì)Na2CO3、NaHCO3的鑒別實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，讓學(xué)生更多的接觸數(shù)字化儀器，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，同時(shí)將課本實(shí)驗(yàn)更加具體化，現(xiàn)象更明顯。

（2）利用本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握離子反應(yīng)的知識(shí)，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子間的反應(yīng)，對(duì)復(fù)分解反應(yīng)有更深刻的認(rèn)識(shí)。

（3）該實(shí)驗(yàn)具有操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象直觀等特點(diǎn)，可實(shí)際應(yīng)用于高一必修內(nèi)容的教學(xué)。

五、結(jié)語(yǔ)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課堂中激發(fā)學(xué)生興趣的有效方法之一。快速、簡(jiǎn)潔、整體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可以提高課堂效率，提升學(xué)生思維，使教學(xué)更加豐富多彩。對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究更要突出安全性、科學(xué)性、可操作性、簡(jiǎn)潔性。

筆者在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中加入數(shù)字化傳感器對(duì)碳酸氫鈉溶液和氯化鈣溶液的反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，借助計(jì)算機(jī)生成的CO2含量和溶液pH變化圖，讓學(xué)生能夠直觀地觀察到該反應(yīng)的產(chǎn)物。將該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于高中化學(xué)必修一“碳酸氫鈉和碳酸鈉的鑒別”的教學(xué)中，有利于學(xué)生正確理解碳酸氫鈉與氯化鈣的反應(yīng)，突破了教學(xué)中的難點(diǎn)與疑點(diǎn)。同時(shí)，在學(xué)生學(xué)習(xí)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》“難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡”內(nèi)容時(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生計(jì)算該反應(yīng)的溶度積常數(shù)，學(xué)生在掌握溶度積常數(shù)相關(guān)知識(shí)的同時(shí)深入理解碳酸氫鈉與氯化鈣反應(yīng)的本質(zhì)。

傳感技術(shù)作為一種新的教學(xué)輔助手段，能夠?qū)⒃静荒芡瓿傻膶?shí)驗(yàn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，同時(shí)也能夠讓學(xué)生直觀地觀察到肉眼無(wú)法直接看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，該技術(shù)即時(shí)、準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)并為定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)創(chuàng)造了可能。本實(shí)驗(yàn)將傳感技術(shù)引入課堂教學(xué)，幫助學(xué)生從量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)，使化學(xué)的科學(xué)性得到了進(jìn)一步的彰顯。許多學(xué)生對(duì)傳感器都具有極大的興趣及熱情，因此，獨(dú)特的觀察角度與新穎的實(shí)驗(yàn)操作能夠進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)于如何應(yīng)用傳感器設(shè)計(jì)更多定量的實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示物質(zhì)性質(zhì)的想法。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊飛，馬宏佳.用氯化鈣或氯化鋇鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液的再認(rèn)識(shí)[J].化學(xué)教育，2014，35（11）：82-84.

[2]盛亦謙，唐玉露.碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液簡(jiǎn)易鑒別法探討[J].化學(xué)教與學(xué)，2017（01）：80-81+94.