二氧化碳与氢氧化钠溶液反应进程的可视化探究

史凤华

摘 要：化学反应往往通过一系列现象就可以直观判断反应的进程和效果，比如颜色的变化，沉淀的产生;然而有些实验很难直观看出反应的情况，这就需要通过创新设计实验方式，达到直观判断的效果。本文通过创新设计二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的方式，通过气压的变化判断反应的进程，有利于学生对反应的理解。

关键词：二氧化碳;氢氧化钠;可视化;探究

化学变化过程中常常伴随一些现象的发生，例如颜色改变、放出气体、生成沉淀、吸热、放热和发光等，通过观察到的现象，可以帮助我们判断物质是否发生了化学变化。对于无现象发生的反应如何设计出一些实验，使反应产生明显现象，从而直观地证明发生了化学反应呢？本文以实验探究二氧化碳与氢氧化钠发生化学反应为载体进行研究，探寻证明无现象反应的方法和途径。

实验：向氢氧化钠溶液中通入二氧化碳气体，观察到没有任何现象。

问题：没有明显实验现象就一定没有发生化学反应吗？

一起回想，用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验原理：

点拨引导：红磷燃烧消耗集气瓶中的氧气，使集气瓶内气压减小，外界大气压将烧杯中的水压入集气瓶中。

任务一：请同学们根据密闭容器中气体量的减少，使装置内的气压减小，从而获得明显的实验现象的原理，利用实验台上提供的仪器，小组内交流讨论，设计实验方案，组装仪器。

学生活动：同学们都很踊跃，积极参与实验的设计，合理分工。展示实验装置如下：

开始试验，请每位小组长按照要求分别进行演示和讲解。

第一组：将收集满二氧化碳气体的试管倒置在氢氧化钠溶液中，片刻后，观察到氢氧化钠溶液倒吸入试管中，并且试管中液面高于烧杯中液面。

第二组：向收集满二氧化碳气体的软塑料瓶中，注入适量的氢氧化钠溶液，立即旋紧瓶盖，振荡，发现软塑料瓶变瘪。

第三组：向收集满二氧化碳气体的集气瓶中，注入适量的氢氧化钠溶液，盖上玻璃片，振荡，倒置集气瓶，发现玻璃片不会掉下来。

第四组：在收集满二氧化碳气体的集气瓶口塞上双孔橡皮塞，打开分液漏斗活塞，向其中滴入氢氧化钠溶液，振荡，观察到气球慢慢鼓起来。

同学们积极参与，勤于动脑，设计的方案现象明显，老师也设计了一个实验方案，请同学们帮我检验一下，看看我的方案是否可行。

老师演示实验一：会行走的注射器

在集满二氧化碳气体的试管口塞上单孔橡皮塞，注射器内吸入的是氢氧化钠溶液，先轻轻推动一下注射器，向试管中注入少量氢氧化钠溶液，此时停止推动，观察现象：好神奇啊！注射器活塞自动向下滑动。

问题：这些现象的发生都是因为装置内二氧化碳气体量的减小，导致装置内气压减小而产生的。二氧化碳气体的减小就一定是被氢氧化钠反应了吗？

小组内交流讨论，提出质疑;因为氢氧化钠溶液中含有水，二氧化碳溶于水或者与水反应也可以使装置内气压减小，产生上述现象。

追问：怎么就能证明二氧化碳与氢氧化钠发生了反应呢？

我们可以设计对比实验加以验证。

老师实验二： 越变越瘦的瓶子

向一个集满二氧化碳气体的软塑料瓶塞紧橡皮塞，

橡皮塞插有废弃的燃烧匙，燃烧匙内装有适量的氢氧

化钠固体，将燃烧匙上拉，使氢氧化钠固体与橡皮塞

底部接触，防止氢氧化钠固体掉落，向软塑料瓶中注

入适量水，盖紧橡皮塞，振荡，发现塑料瓶变瘪程度

并不明显。将燃烧匙略微下拉，倾倒塑料瓶，振荡，

使氢氧化钠固体充分溶于水，观察现象。

观察到塑料瓶迅速变瘪。该实验充分说明氢氧化钠确

实能与二氧化碳发生反应。

问题：能否从有新物质生成的角度再次实验验证NaOH溶液与CO2发生了反应。

小组内交流讨论，设计实验方案。

展示方案：

方案一：取反应后的溶液适量置于试管中，向其中滴加酚酞试液，观察到溶液由无色变为红色，证明NaOH溶液与CO2发生了反应。

師：这位同学采用指示剂变色的方法，大家有异议吗？

生：我认为不行，因为反应物氢氧化钠显碱性，生成物碳酸钠也显碱性，同样会使酚酞试液变红色。

师：虽然这位同学的设计没有获得成功，但他考虑到了使用指示剂，这也是思考的一个途径，的确有一些反应可以用指示剂来检验，例如前面学过的酸与碱发生的中和反应就要借助酸碱指示剂来判断是否反应以及反应进行程度。

方案二：取反应后的溶液适量置于试管中，向其中滴加稀盐酸，观察到产生气泡。

方案三：取反应后的溶液适量置于试管中，向其中滴加石灰水，观察到产生白色沉淀。

方案二和方案三，从有新物质碳酸钠生成的角度，再次验证了NaOH溶液与CO2确实发生了反应。

实验反思：对于没有明显实验现象的反应，可以从以下几个角度进行实验设计：

1.从反应物之一的减少 。 2.有新物质的生成。3.利用酸碱指示剂

通过以上的探究和拓展，我们不仅可以引导学生多角度、多层次的设计实验，在实验过程中学会干扰因素的分析与排除，设计出装置简单、现象明显的实验方案，而且培养学生知识应用能力，发展学生的创新能力，使学生明确探究的一般过程和方法，激发学习化学的兴趣，培养学生尊重事实的科学态度。