多角度探究氢氧化钠与二氧化碳反应

吕彩云

摘要：氢氧化钠是初中化学最常用的碱，氢氧化钠与二氧化碳反应是中考化学的重要反应，也是高中化学的基础。该反应没有明显现象，教材没有编排实验，学生对此认识模糊，难以应用。因此，笔者带领学生从多个角度探究氢氧化钠与二氧化碳反应。该实验探究从定性上升到定量，有助于学生初高中化学衔接学习，全面提升核心素养。

一、实验背景

氢氧化钠与二氧化碳反应是初中化学的重要反应，也是高中化学的基础。课本中类比氢氧化钙与二氧化碳反应得出相应的反应方程式。该反应没有明显现象，对该反应是否发生学生存在疑问，这给学生带来很大思考空间。学生为探究氢氧化钠与二氧化碳反应，设计塑料瓶变瘪实验，通过对比瓶子变瘪程度说明氢氧化钠与二氧化碳反应。笔者对学生的质疑和探究精神给予充分肯定，为锻炼学生发散性思维能力，笔者带领学生从多个角度探究氢氧化钠与二氧化碳反应。

二、实验教学目标

（一）知识与技能 掌握用对照实验的思想探究物质的性质

（二）过程与方法 学生自主探究、动手实验，培养学生多角度探究实验能力

（三）情感态度与价值观 实验从定性到定量，有助于学生初高中化学衔接学习，全面提升核心素养

三、实验仪器及用品

广口瓶、长颈漏斗、导管（带胶塞）、试管、试管架、大烧杯、三角架、酒精灯、电子天平（精确度为0.001g）、乳胶手套、白色托盘、小烧杯、胶头滴管、pH传感器、沸水、泡腾片、水、氢氧化钠溶液、石灰石、稀盐酸等

四、实验原理

为探究氢氧化钠与二氧化碳反应，学生设计塑料瓶变瘪实验。有同学提出质疑：二氧化碳与氢氧化钠溶液中的水反应也会出现瓶子变瘪现象。于是，学生又设计对照实验，通过对比瓶子变瘪程度说明氢氧化钠与二氧化碳反应。为锻炼学生发散性思维能力，笔者又引导学生从定性和定量角度探究氢氧化钠与二氧化碳反应。

一是分别取等体积水和氢氧化钠溶液于两支试管中，分别向其中通入二氧化碳。5分钟后，同时水浴加热两支试管。盛水的试管中有气泡冒出，说明溶解在水中的二氧化碳受热逸出，盛氢氧化钠的试管中没有气泡冒出，说明氢氧化钠吸收二氧化碳，即氢氧化钠与二氧化碳反应。

二是用电子天平定量探究氢氧化钠与二氧化碳反应。设计对照实验：取两只规格相同的小烧杯，其中一只烧杯中盛20mL水，另一只烧杯中盛20mL水和1.5g氢氧化钠配成的氢氧化钠溶液。然后将两片泡腾片（8g）分别加入两只烧杯中，会产生过量的二氧化碳。这些二氧化碳一部分被水吸收，另一部分逸散到空气中，从而导致反应前后总质量减少（为可控性较强，整个实验过程中将烧杯、溶液、泡腾片一起称量）。如果二氧化碳不和氢氧化钠反应，对照两个实验，反应前后总质量减少量会相等。然而实验之后发现总质量减少量不同。盛氢氧化钠溶液的烧杯总质量减少量比盛水的烧杯总质量减少量更小，说明氢氧化钠与二氧化碳反应。

三是用pH传感器准确采集氢氧化钠与二氧化碳反应的pH变化数据，随着反应的进行图像显示pH值逐渐减小，溶液碱性减弱，OH-数目减少，说明氢氧化钠与二氧化碳反应。

五、实验教学过程

1.情境引入

氫氧化钠与二氧化碳反应无明显现象，学生设计塑料瓶变瘪实验。

2.提出质疑

二氧化碳与氢氧化钠溶液中的水反应也能出现瓶子变瘪的现象。于是学生又设计对照实验。通过对比瓶子变瘪程度，说明二氧化碳与氢氧化钠反应（如图1）。

笔者又引导学生从定性和定量角度设计以下对照实验探究氢氧化钠与二氧化碳反应。

第一，分别取等体积水和氢氧化钠溶液于两支试管中，再分别向其中通入二氧化碳，5分钟后，同时水浴加热两支试管。实验过程中发现盛水的试管中有气泡冒出，说明溶解在水中的二氧化碳受热逸出，盛氢氧化钠的试管中没有气泡冒出，说明氢氧化钠与二氧化碳反应（如图2）。

第二，分别取规格相同的两只小烧杯，其中一只烧杯中盛20mL水，另一只烧杯中盛20mL水和1.5g氢氧化钠配成的氢氧化钠溶液，然后向两只烧杯中分别加入两片泡腾片（8g），刚加入泡腾片时分别记录总质量，反应结束后分别记录总质量。我们整理实验数据（如表1），盛水的烧杯反应前后总质量减少量为1.149g，盛氢氧化钠溶液的烧杯反应前后总质量减少量为0.892g，根据实验原理反应前后总质量减少量即为逸散到空气中二氧化碳的质量。对比减少量，得出盛氢氧化钠溶液的烧杯反应前后总质量减少量更小，说明氢氧化钠吸收二氧化碳，即氢氧化钠与二氧化碳反应（如图3、 图4）。

第三，利用pH传感器准确采集氢氧化钠与二氧化碳反应的pH变化数据（传感器一端连接电脑，另一端连接二氧化碳发生装置），笔者用希沃传屏的方法将反应过程的图像展示给学生，图像显示pH值逐渐减小，溶液碱性减弱，OH-数目减少，说明氢氧化钠与二氧化碳反应。（如图5、图6）。

六、实验创新要点

一是实验从定性到定量，有助于学生初高中化学衔接学习，初高中化学衔接不但是知识的衔接、学习方法的衔接、更是思维方式的衔接，三者相辅相成、互为促进，全面提升学生核心素养

二是从生活中取材，用泡腾片代替二氧化碳，操作方便，实验效果很好，体现了化学与生活的关系

三是数字化实验探究化学反应，使实验实时化、可视化、定量化，让学生体会新技术在化学中的应用

七、实验教学反思

本实验的探究过程充分体现了以学生为本的教学理念，引导学生从多角度探究实验，有助于学生发散性思维能力和核心素养的提升，为学生终身发展奠定基础。

多次实验，不断尝试后达到很好的实验效果，让我们更加坚信“失败乃成功之母”。探究实验过程不是简单地、直接地让学生去掌握前人的科学结论，而是要引导学生“像以前的科学家”那样，通过实验探究规律、发现真理。