酸的共性实验中“异常现象”的研究与对策

浙江省湖州市长兴县小浦镇中学 郑国海

《科学》是以实验为基础的一门学科，实验教学是训练学生的观察能力、思维能力和分析能力，培养学生学会科学实验的方法，从而达到提高其综合素质的目的。前苏联教育学家苏霍姆林斯基说：“让学生体验到一种自己在亲身参与掌握知识的情感，乃是唤起少年特有的对知识兴趣的重要条件。”但在实际的教学中，有些实验事与愿违，特别是有些化学实验，会出现一些意想不到的现象，在现有的学生认知条件下很难解释，使得有些教师害怕做实验，害怕不成功，只好用口头讲述或视频代替演示实验，虽然也能完成教学任务，但效果没有老师一步一步演示来得直观有效。

浙江教育出版社出版《科学》，九年级上第一章中探究酸的共性实验中一共提到酸的五种性质，其中在以盐酸为例演示酸与氧化铜反应实验时，反应后试管中可能会出现绿色而不是预期蓝色的异常现象，盐酸和氢氧化钠反应时，在氢氧化钠中滴加酚酞试液后，试液红色会褪去或红色变浅的异常现象，在变浅的溶液中滴加盐酸时颜色先变得更红再褪色的异常现象。这些异常现象激起了我的好奇心，是什么原因导致这些异常现象呢？

经过一系列的实验和查找资料，我得出这些异常现象与盐酸的浓度和所用物质的量有关，如果不注意反应物的浓度会出现一些我们都无法和学生解释清楚的现象。这些“异常现象”所涉及的知识超出了初中生认知的范围，会对我们的教学产生干扰，无法完成教学任务。我经过多次实验，最后总结出盐酸与相关反应物的浓度和用量，使教师在实验教学中少走弯路。

一、盐酸与氧化铜反应的实验探索

教材中只给出稀盐酸和少量氧化铜反应，并观察反应现象，在实际操作中，我按照书本上的要求，发现反应后，并没有出现预期的蓝色，而是绿色，回想以前也做过这个实验，蓝色也不明显，到底是什么原因呢？难道是氧化铜太多了？还是由于酸的原因呢？我查了相关的资料，无水氯化铜呈棕黄色，很浓的氯化铜溶液呈黄绿色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色，而实验室用的就是氯化铜的稀溶液，所以实验室的氯化铜溶液都呈蓝色。为什么浓溶液会出现绿色呢？原来在稀溶液中铜离子和水反应生成【Cu（HO）】配合离子，这种络合物的颜色是蓝色的，也是铜离子的颜色，如果盐酸的浓度过大，溶液中的氯离子的多了，有些【Cu（HO）】配合离子就变成了[CuCl]配合离子，而[CuCl]是黄色的，这两种物质在溶液中会使溶液变成蓝绿色甚至绿色，知道了原因后，我就思考，没有出现蓝色的原因可能是盐酸的浓度过大造成的，如果和盐酸的浓度有关，那么究竟多少浓度的盐酸和氯化铜反应能看到预期的蓝色呢？我带着这个问题开始了我的探究之路。

首先我配置了10%、5%、1%浓度的盐酸溶液备用（如图1），分别和足量的氧化铜反应观察颜色（如图2）。发现氧化铜和10%盐酸溶液反应时，溶液的颜色明显呈深绿色，氧化铜与5%盐酸反应时，溶液的颜色为蓝绿色，与1%盐酸溶液反应时，溶液的颜色为淡蓝色。经过多次的实验都得到相同的实验现象，我得出氧化铜与盐酸反应后的颜色与盐酸的浓度有关。到底浓度为多大时效果最明显呢？既然5%时，已经出现了绿色，所以盐酸的浓度要小于5%，

图1

图2

于是，我又配置了2%、3%、4%的三种种盐酸溶液，再次做实验对比（如图3）。与3%的盐酸反应颜色呈现明显的蓝色，与4%的盐酸反应后的溶液颜色蓝色更深，也是很明显的，但与5%的盐酸反应后的溶液颜色就呈绿色了，就看不出蓝色了，在与盐酸浓度2%反应后的溶液蓝色稍淡，但也可以看出明显的蓝色，与盐酸浓度为1%的溶液反应后蓝色较淡。经过多次的实验我得出盐酸与氧化铜反应，盐酸的最佳浓度为3%左右。那么是否可以控制氯化铜的量也能达到目的呢？于是，我对书本上“向盛有少量的氧化铜粉末的试管中加入两毫升盐酸”中“少量的氧化铜”又进行了实验，是否只要是少量的氧化铜与盐酸反应就呈现蓝色呢？分别取米粒那么大的氧化铜粉末分别和10%、7%、5%的盐酸反应（图4）。氧化铜均反应完，发现用少量氧化铜和10%的盐酸反应溶液颜色明显呈绿色，与7%的盐酸反应溶液颜色也呈绿色但比10%的淡一点，与5%反应的溶液颜色呈绿色和蓝色之间，蓝色不明显且较淡，多次实验还是这个现象。以上实验说明了氧化铜和盐酸反应出现绿色的现象是盐酸浓度过大引起的。但为何还要“少量”呢？原来用较多的氧化铜反应会发现未反应完的氧化铜使得整个溶液呈现黑色，

图3

图4

要等几分钟才能等到未反应的图氧化铜沉淀下来，才能看到蓝色的现象，这样既浪费了药品，又耽误了教学时间，那么教材上少量的氧化铜到底是多少为宜呢？我分别取黄豆粒那么大的氧化铜，半粒黄豆那么大的氧化铜，和三分之一黄豆粒那么大的氧化铜分别和4毫升的3%的盐酸反应（如图5），观察现象（如图6），黄豆那么大的氧化铜明显多了，有很多未反应完，要等几分钟才能等到未反应的氧化铜沉淀下来，半粒黄豆大的氧化铜还有少量的氧化铜未反应，三分之一黄豆大的氧化铜基本反应完，所以氧化铜还是要尽量的少，以不超过半粒黄豆那么大一点或米粒那么大点为宜。

图5

图6

二、盐酸和氢氧化钠反应

盐酸与碱发生中和反应时，教材中取3毫升氢氧化钠稀溶液，各滴一滴酚酞试液，再分别向试管中滴加稀盐酸溶液，边滴边振荡观察现象。在一次的教学演示实验中，我向盛有氢氧化钠溶液中滴加了酚酞，看到了红色，我并没有马上滴入盐酸，而是讲解为什么要滴入酚酞这一转化法的思想，等我想滴入盐酸时，试管中的红色变得很淡了，这一奇怪的现象激了我的好奇心，难道酚酞试液变质了吗？我又重新做了实验，滴入酚酞试液，这次我马上滴加盐酸完成了教材中的实验，课后，我对课堂上实验中红色慢慢褪去的现象查阅了相关资料。找出了这种异常现象的原因。酚酞是一种有机弱酸，它在酸性溶液中，H浓度较高时，形成无色分子。但随着溶液中H浓度的减小，OH浓度的增大，酚酞结构发生改变，并进一步电离成红色离子，在pH＜8.2的溶液里为无色的内酯式结构，当pH＞8.2时为红色的醌式结构。酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色羧酸盐式；遇到较浓的碱液，会立即转变成无色的羧酸盐式。所以，酚酞试剂滴入到浓碱溶液时，酚酞开始变红，很快红色褪去变成无色。由此我得出红色渐渐褪去的原因是我滴加的氢氧化钠溶液太浓了，那么实验中的氢氧化钠的浓度为多少时才不会褪去呢？我又开始探索氢氧化钠的浓度和褪色情况。首先我配置了20%、10%、5%的三种氢氧化钠溶液，分别取4毫升倒入试管，每支试管中滴入两滴酚酞试液（如图7），20%的氢氧化钠溶液中酚酞试液几乎是滴入5秒种就褪色了，10%的氢氧化钠溶液中的酚酞在1分钟内颜色也变淡了，4分钟颜色完全褪去了，5%的氢氧化钠溶液中的酚酞也变淡了，说明5%的溶液也浓了，于是，我分别配置了1%的、2%、3%的氢氧化钠溶液滴入酚酞实验（如图8），滴入颜色都呈明显的红色，但也不能放很久，10分钟后3%的氢氧化钠溶液中的酚酞红色也褪去了（如图9），如果在教学中马上滴加盐酸做实验是没关系，如放置几分钟是不行的。如果用放置了几分钟的淡红色溶液做实验会出现随着盐酸的滴入，颜色先变得更红再褪去的现象。这是因为先滴入的盐酸反中和掉一部分的氢氧化钠，使得氢氧化钠的浓度降低，酚酞返回到醌式结构，红色更明显了。

图7

图8

图9

综合上述实验我得出盐酸和氢氧化钠反应，氢氧化钠的浓度要低于5%，因为教材中还有反应后用滴管吸取溶液滴在蒸发皿中在酒精灯上烘干观察反应生成的盐，所以浓度不能太稀，建议用4%的氢氧化钠溶液为宜，否则用1%甚至更低的浓度做实验也可以。所以教材中用“稀”的氢氧化钠溶液是有道理的，只不过没有说明浓度而已。

综合以上实验，我得出这些异常现象都是由于反应物的浓度和用量不当产生的，盐酸与氧化铜反应盐酸的浓度控制在3%，体积为4毫升左右，氧化铜不能太多，米粒那么大一点就行了，我建议以后实验室是要配备容量更小的钥匙，在取用像氧化铜、二氧化锰等少量药品时更方便、更环保。中和反应中氢氧化钠的浓度4%，并且滴入酚酞后尽早滴加盐酸，时间不超过3分钟，这几点把握了，“异常现象”就不会出现了。实验教学中我们要对实验中出现的一些异常现象留意、研究、钻研，只有这样我们才能不断成长，使我们的实验教学大放光彩。