酸碱中和反应实验的新设计

张红卫

摘要： 对中和反应实验中氯化钠白斑法的不足提出新的改进方案。选用工业酒精稀释、配制一定浓度的HCl、 NaOH的乙醇水溶液进行试管实验，利用生成的氯化钠沉淀，不仅独立证明氢氧化钠与盐酸发生了化学反应，而且强化学生对中和反应概念中有盐生成的认识。新的改进实验操作简便、安全可靠。

关键词： 氯化钠; 中和反应; 工业酒精; 实验改进

文章编号： 10056629（2022）09006904

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 研究背景

在化学教学中开展以实验为主的探究活动，有助于增强学生主动学习的内驱力。《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称“课标”）中提出的“‘活动与探究建议中所列举的活动不要求全盘照搬，在教材编写或教学时可依据实际情况选择应用，也可以增补更适合的探究活动”[1]。有些化学反应，例如氢氧化钠与盐酸的反应，由于无明显的实验现象，导致学生认知困难。因此如何创新设计增补实验，让学生真实感受科学现象，激发学生学习兴趣，成为我们关注重视的问题。

2 问题的提出

中和反应在生产生活中真实广泛地存在。我国现有多个版本的初中化学教材编排了中和反应实验，选用稀盐酸、稀氢氧化钠溶液（或石灰水）和指示剂等药品，用三种方法（如表1所示）来证明酸与碱能发生化学反应。

以人教版教材（以下简称“教材”）为例[2]，其实验操作如图1所示，根据溶液由红色变成无色，从反应物消失的角度，证明氢氧化钠与盐酸发生了化学反应。有新物质生成是化学变化区别于物理变化的本质特征，那么能否从新物质（水、氯化钠）生成的角度来证明氢氧化钠与盐酸能发生化学反应呢？

教材[3]中有“对着干燥玻璃片哈气、氢气或甲烷燃烧”等实验，利用物态变化（气→液）来判断它们发生了化学变化且有新物质水生成。但教材中和反应实验是在水溶液中混合发生的，这就导致它不能利用物态变化的方法来证明氢氧化钠与盐酸反应生成了水。

教师通常采用“白斑法”来说明有氯化钠生成： 加热酸碱混合液，蒸发皿或玻璃棒上产生了白斑。然而盐酸具有挥发性，导致白斑不一定是反应的结果，也可能是氢氧化钠白斑，所以此法还须依附指示剂法，用来帮助学生分析中和反应的产物，故不能单独用来证明氢氧化钠与盐酸能发生化学反应。

对于中和反应的教学，课标给出的活动与探究建议为： 设计实验证明氢氧化钠与盐酸能发生化学反应。所以从氯化钠角度单独设法证明氢氧化钠与盐酸能发生化学反应，不仅符合课标要求，起到帮助学生分析变化特征、解释变化本质的作用，而且为无明显实验现象的化学反应的创新设计提供示例。

有学生设计如下实验： 将温度计插入含4g NaOH的稀溶液中，滴加同温的稀盐酸，搅拌至温度不再升高，加热蒸发酸碱混合液。在烘干至恒重后，若所得固体质量不等于4g，则证明酸与碱能发生反应;若所得固体质量等于4g，則酸与碱不能发生反应。

测质量并对测量结果进行分析，是一种重要的化学实验手段。该方案将量变、质变相结合，在质变中隐藏着量变，从量的变化也说明了质的变化。此方案思路似乎可行，但此测温法又难以精确获知反应终点，且蒸发、浓缩、烘干、恒重等耗时太长，故不适宜在课堂上进行演示。

3 新设计的实验

3.1 从外因开展的实验探究

3.1.1 实验原理

在义务教育阶段，判断物质是否发生了化学变化，最常用、最直接的方法是借助于变化伴随的现象，如颜色改变、放出气体、生成沉淀、能量变化等。NaCl是易溶物，那么怎样才能看见水中的氯化钠呢？除非量大而形成沉淀。

让可溶物形成沉淀，经典当属侯氏制碱法。类比侯氏制碱法原理，从内因看，常温下NaCl的溶解度（S=36g）也小于NaOH（S=109.0g），NaCl的相对分子质量也大于反应物，这有利于NaCl晶体从溶液中析出;从外因看，假如也用酸和碱的饱和溶液进行反应，此时会有NaCl晶体析出吗？毕竟还有不利于晶体析出的因素，如中和反应后还有水生成。

在常温下，中和7.7g饱和氢氧化钠溶液（NaOH： 4g， H2O： 3.7g），需HCl的质量为3.65g，根据市售浓盐酸的质量分数约为36%，可知其配套的水为6.5g。反应后生成NaCl、 H2O的质量分别为5.85g、 1.8g。此时共有水3.7+6.5+1.8=12g，这些水只能溶解4.3g NaCl，小于生成的NaCl质量。所以理论上会析出NaCl晶体，其质量为5.85-4.3=1.55g，NaCl晶体析出率为26.5%。虽然氯化钠在氢氧化钠溶液、盐酸中的溶解度会小于在同等条件下的水中，但是酸、碱最终会完全被消耗，故不必考虑同离子效应。

综上可得实验原理： NaOH（饱和）+HCl（浓）NaCl↓+H2O。

3.1.2 实验操作、现象及结果

向盛有2mL饱和氢氧化钠溶液的试管中，边振荡边滴加浓盐酸，可观察到试管内溶液变浑浊，有大量白色沉淀析出（如图2所示），这说明NaOH和HCl能发生化学反应，且有新物质（NaCl）生成;混合液沸腾，说明反应放出大量的热。

3.1.3 实验评析

（1） 从实验改进原则考虑，由于药品浓度高、反应剧烈，不符合中学化学实验节约试剂、安全性原则等理念，故不宜用于课堂演示。

（2） 从酚酞变色原理角度考虑，在用酚酞指示剂法时， 要用氢氧化钠稀溶液，而不能用浓溶液[4]。这是由于酚酞的醌式或醌式酸盐，在强碱性介质中是很不稳定的，它会转化为无色的苯式酸盐（如图3所示）。这表明如果使用碱的浓溶液进行新课教学，不仅无法获得预期的实验现象，而且也不符合学生的认知发展过程[5]。

（3） 从唯物辩证法角度考虑，该实验通过改变反应物浓度这个外因，虽解决了“能不能”的问题，但未解决“优不优”的矛盾。唯物辩证法告诉我们，内因是变化的根据，是事物发展的根本原因。那么要看到氯化钠沉淀的内因究竟是什么呢？

3.2 实验内容

3.2.1 使用无水乙醇作为溶剂

3.2.1.1 实验原理

内因就是在一定条件下，让氯化钠的溶解度变小，甚至变成不溶物。由于同一种物质在不同种溶剂中的溶解性通常是不同的，据此我们思考能否使用非水溶剂，让NaOH和HCl易溶而氯化钠难溶。查阅资料[6，7]发现乙醇是符合要求的理想溶剂。在常温下的乙醇中，NaOH（S=17.3g）与HCl（S=41.6g）均是易溶物，而NaCl（S=0.065g）是微溶物，即使在89.6%的乙醇溶液中，NaCl的溶解度也僅0.43g。可得实验原理： NaOH+HCl乙醇NaCl↓+H2O。

3.2.1.2 实验操作、现象及结果

向盛有2mL稀NaOH的乙醇溶液的试管中，边振荡边滴加HCl乙醇溶液，可观察到试管内溶液变浑浊，有大量白色沉淀析出（实验现象类似图2，但浑浊物沉积到试管底部的时间较长），这说明NaOH和HCl在无水乙醇介质中能发生化学反应，有新物质（NaCl）生成。

3.2.1.3 实验评析

选用HCl的乙醇溶液，使得实验准备变得复杂，同时也难配得指定浓度的溶液，决定选用浓盐酸作为稳定可控的HCl来源。

3.2.2 使用工业酒精作为溶剂

3.2.2.1 溶液配制

结合原料状态，当浓盐酸体积与氢氧化钠固体质量之比约为1mL： 0.46g时，两者恰好完全反应。选用工业酒精（乙醇体积分数为95%，含水较少，价格低廉）为溶剂分别对原料进行稀释和溶解，具体配比见表2。

3.2.2.2 实验装置及操作

如图4所示，分别向盛有不同浓度NaOH的乙醇水溶液的试管中滴加1滴酚酞溶液，边振荡边滴加不同浓度HCl的乙醇水溶液。

3.2.2.3 实验结果

实验结果见表3。可见提高反应物浓度，有利于氯化钠晶体的析出，若再提高反应物浓度已无实验价值，故建议选用编号②的反应物物料配比。

4 结语

运用质量互变、否定之否定等唯物辩证法规律进行实验探究，选用工业酒精作为NaOH和HCl反应的介质进行试管实验，具有设计科学、试剂易得、操作简便、现象明显、安全可靠等优点。作为新课教学的补充实验，可强化学生对中和反应概念中有“盐”生成的认识，激发学生的好奇心与探究欲。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社， 2012： 9， 26.

[2]王晶， 郑长龙. 义务教育教科书·化学（九年级下册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 60～61.

[3]王晶， 郑长龙. 义务教育教科书·化学（九年级上册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 15， 79， 139.

[4]人民教育出版社， 课程教材研究所， 化学课程教材研究开发中心. 义务教育教科书教师教学用书·化学（九年级下册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2016： 77～78.

[5]刘静松. 实验创新和思考——以“酸碱中和反应”为例[J]. 中学化学教学参考， 2021， （7）： 49～51.

[6]顾庆超等. 化学用表[M]. 南京： 江苏科学技术出版社， 1979：136，137.

[7]刘光启等. 化学化工物性数据手册无机卷[M]. 北京： 化学工业出版社， 2002：298， 479.