氢氧化钠固体和二氧化碳气体反应新发现

◆湖北省赤壁市第一高级中学 冯卓玲

一、提出问题

很多固态物质和气态物质可以发生化学反应，但反应时的现象并不明显。例如，氢氧化钠固体与二氧化碳发生反应时就没有明显可观、可感的实验现象，教材中也没有用实验的方式推导出反应方程式，而是直接给出二者反应的化学方程式。

如何直观地反应实验过程，让同学们更易掌握其中的知识点？在老师的指导下，我在传统实验的基础上引入数字化技术，对实验进行了探究和创新设计。

二、实验设计

（一）实验1：探究水、氢氧化钠溶液与二氧化碳的反应

1.实验器材

锥形瓶、注射器、橡皮塞、气压传感器、磁力搅拌器、电脑。二氧化碳气体、20 mL清水、20 mL15%的氢氧化钠溶液。

2.实验过程

连接好仪器后，电脑开始采集数据，同时用注射器将氢氧化钠溶液和水分别注入两个装有等量二氧化碳气体的锥形瓶，打开磁力搅拌器，让瓶内的物质充分混合。在屏幕上观察两个锥形瓶内气压的变化情况。待数据稳定后，停止采集数据。

3.实验现象

从上述实验得到的两幅曲线图中可以清晰地看到，水与二氧化碳混合前后，瓶内气压基本不变。氢氧化钠溶液与二氧化碳混合前后，瓶内气压明显下降，说明氢氧化钠与二氧化碳发生了反应。

图1 水、氢氧化钠溶液分别与二氧化碳反应后锥形瓶内的气压变化曲线图

（二）实验2：探究氢氧化钠固体与二氧化碳的反应

1.实验器材

广口瓶、玻璃棒、橡皮塞、塑料瓶盖、气球、气压传感器、电脑。氢氧化钠固体、二氧化碳气体。

2.实验过程

连接好仪器后，电脑开始采集数据。向下慢慢转动玻璃棒，将塑料瓶盖顶落，使氢氧化钠固体洒落在广口瓶内，充分振荡广口瓶，在屏幕上观察瓶内气压的变化情况。待数据稳定后，停止采集数据。

3.实验现象

从以上实验所得曲线图中可以清晰地看到，氢氧化钠固体与二氧化碳混合后，瓶内气压明显下降，充分说明氢氧化钠与二氧化碳发生了反应。

图2 氢氧化钠固体与二氧化碳反应后锥形瓶内的气压变化曲线图

三、实验分析与结论

1.从实验1所得的曲线图中可以看到，水与二氧化碳混合后，刚开始瓶内气压会瞬间增大。与教辅资料中的描述“水与二氧化碳混合后气压一定降低”不一致。刚开始瓶内气压会瞬间增大，究其原因，二氧化碳与水混合后既会溶解在水中又会与水发生反应，两个过程中都会放热，使瓶内气体受热膨胀，从而出现上述现象。随着反应和溶解的进行，气体不断减少，气压随之降低，但溶解速度较慢，导致出现的曲线比较平缓。

2.从实验2过程中的曲线图可以清楚地看到，氢氧化钠固体与二氧化碳反应时，各阶段的反应速度不一样，反应结束后容器内的气压也没有降为零。

该现象与教辅资料中对该反应的实验过程描述“氢氧化钠与二氧化碳混合后匀速反应，氢氧化钠过量，最后容器中的二氧化碳被完全吸收，气压为零”不一致。

本实验出现上述现象的原因有两点，一是二氧化碳过量，二是虽然二氧化碳完全反应，但二氧化碳中可能混入了空气。

四、实验启示

探究氢氧化钠固体和二氧化碳反应的发生，除了可利用压强差来设计实验，还能从反应物的含量变化、反应后溶液pH值、温度的变化等角度进行探究。

同样，酸碱中和反应等实验都可以通过数字化手持技术测定数据，让实验过程可视化、精确化。

专家点评

专家点评

作者学习时发现课本的实验描述不明确，在老师指导下，利用现代实验技术改进实验，发现了两个新的现象：实验起始阶段时，瓶内的气压会短暂升高；实验结束时，瓶内的气体不一定为零。最后通过分析，解释了产生这两个实验现象的原因。

实验设计合理，用图描述实验现象，形象直观。作者能抓住实验现象的细微之处，说明其具有敏锐的观察力。建议作者在分析实验原因时，抓住关键问题，语言尽量简洁，让人一目了然。