◆湖北省赤壁市第一高級(jí)中學(xué) 馮卓玲

一、提出問題

很多固態(tài)物質(zhì)和氣態(tài)物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象并不明顯。例如，氫氧化鈉固體與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)時(shí)就沒有明顯可觀、可感的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教材中也沒有用實(shí)驗(yàn)的方式推導(dǎo)出反應(yīng)方程式，而是直接給出二者反應(yīng)的化學(xué)方程式。

如何直觀地反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程，讓同學(xué)們更易掌握其中的知識(shí)點(diǎn)？在老師的指導(dǎo)下，我在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上引入數(shù)字化技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)1：探究水、氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應(yīng)

1.實(shí)驗(yàn)器材

錐形瓶、注射器、橡皮塞、氣壓傳感器、磁力攪拌器、電腦。二氧化碳?xì)怏w、20 mL清水、20 mL15%的氫氧化鈉溶液。

2.實(shí)驗(yàn)過程

連接好儀器后，電腦開始采集數(shù)據(jù)，同時(shí)用注射器將氫氧化鈉溶液和水分別注入兩個(gè)裝有等量二氧化碳?xì)怏w的錐形瓶，打開磁力攪拌器，讓瓶?jī)?nèi)的物質(zhì)充分混合。在屏幕上觀察兩個(gè)錐形瓶?jī)?nèi)氣壓的變化情況。待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止采集數(shù)據(jù)。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

從上述實(shí)驗(yàn)得到的兩幅曲線圖中可以清晰地看到，水與二氧化碳混合前后，瓶?jī)?nèi)氣壓基本不變。氫氧化鈉溶液與二氧化碳混合前后，瓶?jī)?nèi)氣壓明顯下降，說明氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

圖1 水、氫氧化鈉溶液分別與二氧化碳反應(yīng)后錐形瓶?jī)?nèi)的氣壓變化曲線圖

（二）實(shí)驗(yàn)2：探究氫氧化鈉固體與二氧化碳的反應(yīng)

1.實(shí)驗(yàn)器材

廣口瓶、玻璃棒、橡皮塞、塑料瓶蓋、氣球、氣壓傳感器、電腦。氫氧化鈉固體、二氧化碳?xì)怏w。

2.實(shí)驗(yàn)過程

連接好儀器后，電腦開始采集數(shù)據(jù)。向下慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃棒，將塑料瓶蓋頂落，使氫氧化鈉固體灑落在廣口瓶?jī)?nèi)，充分振蕩廣口瓶，在屏幕上觀察瓶?jī)?nèi)氣壓的變化情況。待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，停止采集數(shù)據(jù)。

3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

從以上實(shí)驗(yàn)所得曲線圖中可以清晰地看到，氫氧化鈉固體與二氧化碳混合后，瓶?jī)?nèi)氣壓明顯下降，充分說明氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生了反應(yīng)。

圖2 氫氧化鈉固體與二氧化碳反應(yīng)后錐形瓶?jī)?nèi)的氣壓變化曲線圖

三、實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論

1.從實(shí)驗(yàn)1所得的曲線圖中可以看到，水與二氧化碳混合后，剛開始瓶?jī)?nèi)氣壓會(huì)瞬間增大。與教輔資料中的描述“水與二氧化碳混合后氣壓一定降低”不一致。剛開始瓶?jī)?nèi)氣壓會(huì)瞬間增大，究其原因，二氧化碳與水混合后既會(huì)溶解在水中又會(huì)與水發(fā)生反應(yīng)，兩個(gè)過程中都會(huì)放熱，使瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹，從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。隨著反應(yīng)和溶解的進(jìn)行，氣體不斷減少，氣壓隨之降低，但溶解速度較慢，導(dǎo)致出現(xiàn)的曲線比較平緩。

2.從實(shí)驗(yàn)2過程中的曲線圖可以清楚地看到，氫氧化鈉固體與二氧化碳反應(yīng)時(shí)，各階段的反應(yīng)速度不一樣，反應(yīng)結(jié)束后容器內(nèi)的氣壓也沒有降為零。

該現(xiàn)象與教輔資料中對(duì)該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程描述“氫氧化鈉與二氧化碳混合后勻速反應(yīng)，氫氧化鈉過量，最后容器中的二氧化碳被完全吸收，氣壓為零”不一致。

本實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因有兩點(diǎn)，一是二氧化碳過量，二是雖然二氧化碳完全反應(yīng)，但二氧化碳中可能混入了空氣。

四、實(shí)驗(yàn)啟示

探究氫氧化鈉固體和二氧化碳反應(yīng)的發(fā)生，除了可利用壓強(qiáng)差來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，還能從反應(yīng)物的含量變化、反應(yīng)后溶液pH值、溫度的變化等角度進(jìn)行探究。

同樣，酸堿中和反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)都可以通過數(shù)字化手持技術(shù)測(cè)定數(shù)據(jù)，讓實(shí)驗(yàn)過程可視化、精確化。

專家點(diǎn)評(píng)

專家點(diǎn)評(píng)

作者學(xué)習(xí)時(shí)發(fā)現(xiàn)課本的實(shí)驗(yàn)描述不明確，在老師指導(dǎo)下，利用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)新的現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)起始階段時(shí)，瓶?jī)?nèi)的氣壓會(huì)短暫升高；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，瓶?jī)?nèi)的氣體不一定為零。最后通過分析，解釋了產(chǎn)生這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)合理，用圖描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形象直觀。作者能抓住實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的細(xì)微之處，說明其具有敏銳的觀察力。建議作者在分析實(shí)驗(yàn)原因時(shí)，抓住關(guān)鍵問題，語言盡量簡(jiǎn)潔，讓人一目了然。