摘要：把CO2直接通入NaOH 溶液中，沒有實驗現(xiàn)象，CO2是否和NaOH 發(fā)生反應(yīng)了呢？該如何證明二者之間發(fā)生反應(yīng)了呢？作者通過“四個探究”活動，各個小組交流談?wù)?、設(shè)計實驗、總結(jié)結(jié)論。對“CO2和NaOH反應(yīng)”進(jìn)行了科學(xué)探究，透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，層層深入，不僅運用科學(xué)探究法合作學(xué)習(xí)，做到了跨學(xué)科學(xué)習(xí)，還步步為營，做到了從定性到定量的研究，培養(yǎng)了學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：CO2和NaOH；定性實驗；定量實驗

文章編號：1008-0546（2023）11-0082-04" 中圖分類號：G632.41" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.017

新課標(biāo)指出“常見酸、堿的化學(xué)性質(zhì)”為學(xué)生必做實驗及實踐活動，［1］關(guān)于“NaOH 的化學(xué)性質(zhì)”有兩個無現(xiàn)象的實驗：氫氧化鈉溶液和鹽酸反應(yīng)；氫氧化鈉溶液和二氧化碳的反應(yīng)。在學(xué)生實驗“氫氧化鈉溶液和鹽酸反應(yīng)”的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)掌握了驗證反應(yīng)的“無中生有”（向滴入酚酞溶液后的NaOH溶液中逐滴滴入稀鹽酸）的方法，具備了一定的探究能力和實驗?zāi)芰?，因此在證明“CO2和 NaOH 反應(yīng)”實驗探究過程中，要不斷引導(dǎo)學(xué)生積極主動地參與探究過程，進(jìn)行大膽的猜想，根據(jù)猜想設(shè)計實驗方案來證明。在小組合作的探究過程中，提高實驗?zāi)芰?，增強合作精神，在探究中體驗學(xué)習(xí)的快樂。

一、問題的提出

人教版下冊第59頁的課后習(xí)題第3題“如何鑒別石灰水和氫氧化鈉溶液？”［2］同學(xué)們很容易想到用CO2來鑒別，若變渾濁，則為石灰水；若沒有變化，則為氫氧化鈉溶液。對于沒有實驗現(xiàn)象的“CO2和 NaOH 之間”，我們?nèi)绾巫C明“二者之間是否反應(yīng)”呢？

二、實驗研究的流程和方法

實驗教學(xué)在初中化學(xué)中占有重要的地位，2022版新課標(biāo)又新增了“1.3化學(xué)實驗探究的思路與方法，［1］在這個實驗中正好得到了充分的體現(xiàn)。

1.科學(xué)研究的流程：

提出問題——猜想假設(shè)——設(shè)計實驗——進(jìn)行實驗——收集證據(jù)——總結(jié)反思——分析評價——交流討論

2.實驗研究的方法：

三、實驗方案的設(shè)計（四個活動的探究）

【實驗原理】2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

【實驗器材】儀器：試管2支、吸管2支、滴管1個、燒杯1個、裝滿 CO2的塑料瓶3個、裝滿 CO2的圓底燒瓶1個、藥匙1把、注射器（普通）1個、電腦1臺、氣壓傳感器1個、數(shù)據(jù)采集器1個、磁力攪拌器（含磁子）1個、雙控膠塞1個、專用注射器1個。

藥品：NaOH 溶液（1 mol/L）、NaOH 酒精溶液（1 mol/L）、NaOH 固體、鹽酸（1∶2）1瓶。

其他：氣球1個；制取 CO2裝置（含藥品）一套、火柴1盒。

1.活動1：一例一證，證明反應(yīng)物（CO2）的減少

證明反應(yīng)物（CO2）的減少即通過 CO2同時溶于H2O和NaOH溶液的對比實驗，證明反應(yīng)的發(fā)生；

【探究活動】向 NaOH 溶液吹入氣體，沒有現(xiàn)象，我們該如何設(shè)計實驗證明反應(yīng)發(fā)生了？

【實驗步驟】甲向裝滿 CO2的塑料瓶中加入大約1/3的水，乙向裝滿 CO2的塑料瓶中加入大約1/3的 NaOH溶液，兩人同時振蕩，觀察現(xiàn)象。

【實驗現(xiàn)象】加水的塑料瓶變得略癟；加NaOH溶液的塑料瓶變得更癟。

【實驗結(jié)論】對比發(fā)現(xiàn)，CO2和NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

【實驗反思】若不是運用控制變量法，通過乙的實驗，能否證明發(fā)生了反應(yīng)？

2.活動2：一例一證，證明生成物（Na2CO3）的產(chǎn)生

證明生成物（Na2CO3）的產(chǎn)生即通過 CO2溶于 NaOH 酒精溶液［3］后，溶液變渾濁，證明有生成物Na2CO3的產(chǎn)生，證明反應(yīng)的發(fā)生。

【活動探究】

溫馨提示：20℃時，NaOH 和Na2CO3在水中和酒精中的溶解度（見表1）。

把活動1中的乙的實驗中的 NaOH 溶液換成NaOH酒精溶液，實驗會怎么樣呢？

討論、交流，設(shè)計實驗。

【實驗步驟】丙同學(xué)向裝滿 CO2的塑料瓶中加入大約1/3的 NaOH 的酒精溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象。

【實驗現(xiàn)象】溶液變渾濁。

【實驗結(jié)論】CO2和 NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

【實驗追思】丙同學(xué)的實驗與活動1中的乙同學(xué)的實驗進(jìn)行對比，有什么現(xiàn)象不同？能否證明反應(yīng)的發(fā)生？丙同學(xué)的實驗與活動1中的甲同學(xué)的實驗進(jìn)行對比，有什么現(xiàn)象不同？能否證明反應(yīng)的發(fā)生？

3.活動3：一例多證的定性實驗

一例多證的定性實驗即通過 CO2與 NaOH 固體反應(yīng)，［4］然后注入鹽酸，證明新物質(zhì)的產(chǎn)生。［5］

【實驗研究】把活動2中的 NaOH 酒精溶液換成 NaOH 固體，實驗?zāi)芊癯晒δ兀可晌镉衷撊绾巫C明呢？同時粗略地計算加入的藥品（NaOH 固體和鹽酸）的量。

【實驗步驟】丙同學(xué)向裝滿 CO2的塑料瓶中加入大約2 g 的 NaOH 的固體，振蕩，待其充分反應(yīng)，氣球變癟后注入10 mL鹽酸（1∶2）（見圖1）。

【實驗現(xiàn)象】振蕩后，塑料瓶內(nèi)氣球變大，塑料瓶內(nèi)壁上出現(xiàn)水霧；注入鹽酸后，瓶內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，手摸塑料瓶外壁發(fā)燙，氣球變癟（在瓶內(nèi)），接著又變大（沖出瓶外），最后又變癟（進(jìn)入瓶中）。

【實驗分析】向裝滿 CO2的塑料瓶內(nèi)加入 NaOH 固體，振蕩后氣球變大（瓶內(nèi)），是因為 NaOH 的固體消耗了 CO2，使瓶內(nèi)氣壓大大減小；塑料瓶內(nèi)壁上出現(xiàn)水霧，說明反應(yīng)過程中有 H2O 生成；手摸瓶子外壁發(fā)燙，說明反應(yīng)放熱；注入鹽酸后，瓶內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡，說明 Na2CO3和鹽酸反應(yīng)，生成了 CO2，同時實驗過程中會放熱，產(chǎn)生的大量 CO2和受熱膨脹迅速使瓶內(nèi)癟氣球，沖出瓶外脹大，最后冷卻至室溫又變癟再次進(jìn)入瓶中，理論上產(chǎn)生的 CO2的量與注入鹽酸前消耗的 CO2的量相當(dāng)。

【實驗結(jié)論】氣球變大，說明 CO2的量減少，反應(yīng)發(fā)生；圓底燒瓶內(nèi)壁上出現(xiàn)水霧；反應(yīng)放熱；以及注入鹽酸后，產(chǎn)生大量氣泡，使得瓶內(nèi)氣體壓強又逐漸變大，直至使氣球再次完全變癟。這四個現(xiàn)象都能夠證明反應(yīng)的發(fā)生。

【反思評價】這個實驗因為 CO2的減少導(dǎo)致裝置內(nèi)氣壓變小，能否借助氣壓傳感器？有水霧產(chǎn)生，能否借助濕度傳感器？反應(yīng)放熱，能否借助溫度傳感器？把“定性實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸繉嶒灐眮硪惶骄烤鼓兀?/p>

4.活動4：一例多證的定量實驗

一例多證的定量實驗是通過 CO2與 NaOH 固體反應(yīng)，接著注入鹽酸，證明新物質(zhì)的產(chǎn)生（定量）。

【實驗設(shè)想】請同學(xué)們畫出氣壓傳感器、濕度傳感器和溫度傳感器，可能測出的曲線圖。

【實驗設(shè)計】借助氣壓傳感器來探究，把活動3中的塑料瓶換成圓底燒瓶，氣球換成氣壓傳感器，把圓底燒瓶放在磁力攪拌器上加入磁子攪拌（代替振蕩），會出現(xiàn)什么樣的曲線圖呢？注入鹽酸后，曲線圖又會怎樣變化呢？

教師和丁同學(xué)合作完成該實驗（實驗裝置圖和實驗結(jié)果得到的曲線圖，見圖2）：

【實驗步驟】檢查裝置氣密性，連接好裝置（已經(jīng)放入磁子），收集滿一瓶 CO2，接著加入大約2 g 的 NaOH 固體，關(guān)閉壓強傳感器和導(dǎo)氣管上的活塞，蓋好雙孔膠塞，打開壓強傳感器上的活塞，打開 Logger Pro，開始記錄數(shù)據(jù)，接著打開磁力攪拌器，觀察壓強的變化，當(dāng)壓強持續(xù)不再變化時候，用注射器抽取10 mL（1∶2）的鹽酸，連接好注射器和導(dǎo)管的接口，小心地打開活塞，使鹽酸成滴緩慢地流下，繼續(xù)觀察現(xiàn)象，待到不再產(chǎn)生氣泡的時候，關(guān)閉磁力攪拌器開關(guān)，再等待大約30秒時間，保存數(shù)據(jù)，整理儀器，實驗結(jié)束。

【實驗現(xiàn)象】圓底燒瓶內(nèi)壁上出現(xiàn)水霧，壓強曲線逐漸變小，注入鹽酸后，氣體壓強又逐漸變大，直至恢復(fù)到室溫時的狀況。

【實驗分析和結(jié)論】裝置內(nèi)氣體壓強的減小，說明反應(yīng)物 CO2的減少；有水霧的出現(xiàn)，說明有新物質(zhì)水生成；注入鹽酸，產(chǎn)生大量氣泡，裝置內(nèi)氣體壓強又恢復(fù)至起始狀態(tài)，說明燒瓶內(nèi)產(chǎn)生了 Na2CO3。這些都通過傳感器的數(shù)字化說明 CO2和 NaOH 發(fā)生了反應(yīng)。

四、教學(xué)反思

1.創(chuàng)設(shè)情境，跨科滲透。通過實驗和實物展示提出問題，創(chuàng)設(shè)情景，引入新課，既可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能體現(xiàn)知識源于實踐的道理。跨學(xué)科學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作實踐活動，引導(dǎo)學(xué)生運用美術(shù)知識繪圖、利用物理和數(shù)學(xué)知識計算藥品的質(zhì)量和取用，做到“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.層層探究，揭露本質(zhì)。以“四個探究活動”為主線，通過“活動1：CO2溶于 H2O 和溶于 NaOH 溶液的對比實驗；活動2：CO2溶于 NaOH 酒精溶液；活動3：CO2與 NaOH 固體反應(yīng)，接著注入鹽酸，證明反應(yīng)物的減少和新物質(zhì)的產(chǎn)生（定性）；活動4：CO2與 NaOH 固體反應(yīng)，接著注入鹽酸，證明反應(yīng)物的減少和新物質(zhì)的產(chǎn)生（定量）”，不斷地發(fā)現(xiàn)問題，使學(xué)生初步學(xué)會觀察、討論、合作交流，充分參與科學(xué)探究的整個流程，由“一例一證（定性）”逐漸過渡到“一例多證（定性）”，再由“定性的一例多證”，過渡到“定量的一例多證”，體現(xiàn)了科學(xué)探究由表及里、由淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)的探究過程。同時，樹立學(xué)生的自信心，激發(fā)他們自主探究的欲望，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和合作學(xué)習(xí)意識。

3.熟悉流程，靈活創(chuàng)新。通過定性和定量實驗，“一例一證”和“一例多證”增強學(xué)生對化學(xué)實驗的好奇心和探究欲，鼓勵學(xué)生把實驗中類似的問題帶進(jìn)課堂，知道化學(xué)與實驗緊密相聯(lián)，它源于生活，又高于生活。通過單個角度，一例一證，運用科學(xué)探究的流程和研究的方法，來證明反應(yīng)的發(fā)生。又通過多個角度，設(shè)計定性和定量實驗，出現(xiàn)多個“證據(jù)”，培養(yǎng)了“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識”的科學(xué)素養(yǎng)。［6］

4.師生合作，一舉多得。通過“一例多證”，實現(xiàn)了科學(xué)思維、科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任高度契合，落實了化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。通過學(xué)生角色轉(zhuǎn)化，達(dá)到知識系統(tǒng)化的目的?；顒?對加入藥品量的計算融合了數(shù)學(xué)、物理的知識，活動4曲線圖的預(yù)測繪制，融合了美術(shù)的繪圖和數(shù)學(xué)中的函數(shù)，這些設(shè)計，充分地體現(xiàn)了跨學(xué)科的融合學(xué)習(xí)；創(chuàng)造性地完成了一個綜合性定量實驗——通過一個數(shù)字化實驗多角度證明反應(yīng)的發(fā)生，實現(xiàn)了“一例多證”的實驗創(chuàng)新。

參考資料

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育初中化學(xué)教科書上下冊［M］.北京：人民教育出版社，2021.

［3］鄭貴芳.深度學(xué)習(xí)背景下的實驗探究課程設(shè)計：以“CO2與 NaOH 溶液反應(yīng)的探究”為例［J］.化學(xué)教與學(xué)，2022（2）：46-48.

［4］李輝力，梁淑珍，張賢金. NaOH 固體與CO2氣體反應(yīng)的理論分析與實踐研究［J］.福建基礎(chǔ)教育研究，2022（2）：124-125.

［5］薛東，戚曉軍.驗證 CO2與 NaOH 溶液的反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2021（9）：85-86.

［6］朱紅霞.以經(jīng)典探究為載體滲透化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)：以“探究 CO2與NaOH 溶液反應(yīng)”為例［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（12）：25-27.