驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的實驗方案

趙永勝 朱 莉

（1徐州市中小學教學研究室江蘇徐州221009；2徐州高級中學江蘇徐州221009）

驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的實驗方案

趙永勝1朱 莉2

（1徐州市中小學教學研究室江蘇徐州221009；2徐州高級中學江蘇徐州221009）

從利用氣壓法、定量測定法、直接證明法、固體反應(yīng)法、pH試紙檢測法、產(chǎn)物驗證法等角度對如何驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的實驗方案進行了系統(tǒng)整理。

二氧化碳；氫氧化鈉；實驗方案

二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)，是二氧化碳的重要化學性質(zhì)，但二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)時沒有明顯現(xiàn)象發(fā)生，所以人教版和滬教版化學教材中，均沒有涉及氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)實驗，但廣大教師在教學中有許多關(guān)于這一反應(yīng)的實驗創(chuàng)新，現(xiàn)對驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的實驗方案系統(tǒng)整理如下：

一、利用氣壓法

1.瓶子變癟法

（1）在裝有二氧化碳的塑料瓶里倒少量濃氫氧化鈉，然后蓋上蓋子，搖晃震蕩，瓶子變癟。實驗裝置如圖1所示。變式實驗裝置如圖2所示。

圖1

圖2

（2）在裝有二氧化碳的塑料瓶里倒入少量濃氫氧化鈉溶液，然后蓋上蓋子，搖晃震蕩，瓶子變癟。為了排除二氧化碳溶于水或與水反應(yīng)造成的干擾，可以再做一個加水而不加氫氧化鈉的實驗作對比。實驗裝置如圖3和圖4所示。

圖3

圖4

2.氣球法

在一個瓶子里收集一瓶CO2，迅速倒入NaOH，然后用一個帶有導管的塞子塞緊，導管的一端套上一個氣球，看到氣球鼓起。實驗裝置如圖5。變式裝置如圖6和圖7。

圖5

圖6

圖7

3.噴泉法

（1）在一個干燥的燒瓶里收集滿CO2，迅速地倒入NaOH，用一個帶有導管的橡皮塞塞緊，導管的中間用止水夾夾住，導管的下端伸入滴有酚酞試液的水中，打開止水夾，會有水上升到燒瓶里，形成美麗的景象。實驗裝置如圖8所示。

（2）如圖9所示，用手指堵住軟塑料瓶的小孔，輕輕的擠壓塑料瓶，氫氧化鈉溶液就會進入到圓底燒瓶中。然后松開堵住小孔的手指，就會形成美麗的噴泉。

圖8

圖9

（3）變式實驗裝置如圖10和圖11所示。在圖10中的燒瓶中會形成“淋浴”。在圖11中的洗氣瓶中會出現(xiàn)“氣泡冒出”的現(xiàn)象[1]。

圖10

圖11

4.U形管法

（1）準備一個里面有等高水柱的U型管，在一端連接一個密閉的裝有二氧化碳和氫氧化鈉的容器，震蕩，觀察水柱是否上升（同樣可以設(shè)計裝水和二氧化碳的對比試驗）。實驗裝置如圖12所示。變式裝置如圖13所示。

圖12

圖13

（2）如圖14所示，分別向兩個瓶中加入等體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，塞上連接有U型管（裝有紅墨水）的塞子。振蕩集氣瓶，然后放在水平的桌面上。與氫氧化鈉溶液相連的U型管一端的液面升高。實驗現(xiàn)象說明裝有氫氧化鈉溶液的瓶中氣壓變得更小，說明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)，排除了溶劑水對實驗結(jié)論的干擾。

圖14

5.玻璃片法

在一個干燥的集氣瓶里收集滿CO2，迅速地倒入NaOH溶液，蓋上瓶蓋，倒轉(zhuǎn)集氣瓶，瓶蓋不掉下。實驗裝置如圖15或圖16所示。

圖15

圖16

6.液面上升法

在一個燒杯里放入NaOH溶液，用一個大試管收集滿CO2，倒扣在燒杯里，如果CO2能與NaOH反應(yīng)，試管里的氣體減少，水會上升到試管里，如圖17所示。為了增加對比，也可以采用圖18所示方法。

圖17

圖18

7.瓶吞雞蛋法

將氫氧化鈉溶液加入裝有二氧化碳氣體的的集氣瓶內(nèi)，并迅速用去殼的熟雞蛋蓋住并振蕩。結(jié)果，瓶吞雞蛋。實驗裝置如圖19所示。變式裝置如圖20所示。將如圖20所示裝置倒置，然后往錐形瓶中加入稀鹽酸，雞蛋又能被推出來。實驗裝置如圖21所示。

圖19

圖20

圖21

二、直接證明法

1.原理：CO2與NaOH水溶液可反應(yīng)生成Na2CO3與水，因生成物Na2CO3溶于水而無鮮明現(xiàn)象。現(xiàn)改用氫氧化鈉的酒精飽和溶液，Na2CO3不溶于酒精而成結(jié)晶析出。

準備和操作：稱取2g氫氧化鈉放于燒懷，加進60mL96%酒精，不斷攪拌，使成飽和氫氧化鈉酒精溶液，貯入試劑瓶備用。取3mL飽和氫氧化鈉酒精溶液于試管，通入CO2，則產(chǎn)生白色沉淀，這是生成的碳酸鈉。將上述生成物分裝于兩試管，一管中加入少量蒸餾水，振蕩，沉淀溶解；另一試管中滴加鹽酸，產(chǎn)生CO2氣體，用點燃的火柴伸入試管，火焰熄滅來驗證[2]。

2.向飽和氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳氣體，然后向溶液中繼續(xù)添加氫氧化鈉固體時，氫氧化鈉固體可以在溶液中繼續(xù)溶解。由此說明，二氧化碳氣體和氫氧化鈉發(fā)生了化學反應(yīng)。

三、定量測定法

已知：通常狀況下，1體積的水約能溶解1體積二氧化碳。

分別量取50mL氫氧化鈉溶液和澄清石灰水放入如圖22裝置中，通入約500mL二氧化碳，兩個裝置中均無明顯變化。即可證明二氧化碳和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)。變式裝置如圖23。

圖22

圖23

四、固體反應(yīng)方法

將氫氧化鈉固體久置于空氣中，然后加酸讓其產(chǎn)生氣體，收集氣體可使火條熄滅。這也證明氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)了。

五、pH試紙檢測法

在教學中，學生常用酚酞試劑來證明氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)。，即：在NaOH中滴幾滴酚酞，這時酚酞顯紅色，再通入CO2，如果CO2能與NaOH反應(yīng)，酚酞會褪色。裝置如圖24所示。

圖24

但是，因為Na2CO3顯堿性，同樣會使酚酞顯紅色。所以此方案不妥。

但是使用pH試紙，卻是可以的。配置好氫氧化鈉溶液，用pH試紙檢測其堿性，然后大量通入二氧化碳，再測其pH，從試紙上的變化就可以得知其反應(yīng)了。

六、產(chǎn)物驗證法

1.加熱法

將二氧化碳通入過量堿液后，加熱反應(yīng)后的溶液，若有氣泡冒出，說明二氧化碳沒和氫氧化鈉反應(yīng)，而是溶解在水中，若沒有氣泡冒出，則說明已經(jīng)反應(yīng)生成了新的物質(zhì)。實驗過程如圖25所示。

圖25

2.鹽酸法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應(yīng)后的溶液里滴加HCl，如果有氣泡產(chǎn)生，證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)。為了排除H2CO3的干擾，應(yīng)先將反應(yīng)后的溶液加熱，使H2CO3分解，再滴加HCl。實驗過程如圖26所示。

圖26

說明：實際操作時必須注意到，當向反應(yīng)后的溶液中加入少量稀鹽酸時，有時即使生成Na2CO3，也可能無氣泡產(chǎn)生。因為當Na2CO3的質(zhì)量較多，而鹽酸的質(zhì)量較少時，可能發(fā)生如下化學反應(yīng)：Na2CO3+HCl =NaCl+NaHCO3，此時并沒有產(chǎn)生氣泡。當鹽酸的量比較多時會進一步發(fā)生如下反應(yīng)：NaHCO3+HCl =NaCl+H2O+CO2↑。所以如果用鹽酸來檢驗時，一定要注意，所取的鹽酸的量必須是過量，否則就不可以確定氫氧化鈉與二氧化碳是否反應(yīng)。

3.加減法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應(yīng)后的溶液里滴加一種堿溶液，如Ca（OH）2溶液、Ba（OH）2溶液，向反應(yīng)后的溶液中加入以上的適量溶液后，如果有白色沉淀生成，則說明溶液中含有Na2CO3，這是因為Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH或Na2CO3+Ba（OH）2=BaCO3↓+2NaOH，此方案的靈敏度比較高。實驗過程如圖27所示。

圖27

說明：如果設(shè)計具體的方案來驗證CO2與NaOH溶液的是否確實發(fā)生了化學反應(yīng)，而不是CO2溶解在NaOH溶液中。這種情況下，我們就不可以選取此類堿溶液來驗證。因為CO2本身就可以溶于水中，形成H2CO3，H2CO3遇到Ca（OH）2或Ba（OH）2時，會生成白色沉淀，使得溶液變渾濁，因此不能充分說明CO2與NaOH反應(yīng)了，也可能是CO2溶解在NaOH溶液中。而應(yīng)該從CO2與NaOH反應(yīng)產(chǎn)物的角度來驗證，可以取通入CO2后液體，通過檢驗所取液體中是否存在Na2CO3，來確定它們之間有沒有發(fā)生化學反應(yīng)。具體的方案是，向所取液體里加入足量的稀鹽酸（或適量CaCl2溶液），充分振蕩后，觀察現(xiàn)象。如果產(chǎn)生氣泡（或產(chǎn)生白色沉淀），表明產(chǎn)物中有Na2CO3，說明CO2與NaOH的確反應(yīng)了，而不是CO2僅僅溶于NaOH溶液中。

圖28

4.加鹽法

將CO2通入NaOH溶液中，在反應(yīng)后的溶液里加入一種鹽溶液，如BaCl2溶液，向待測溶液中加入適量的BaCl2溶液后，如果待測溶液中出現(xiàn)了渾濁現(xiàn)象，可以判斷待測液中含有Na2CO3，因為BaCl2+ Na2CO3=BaCO3↓+ 2NaCl。實驗過程如圖28所示。

說明：用CaCl2溶液代替BaCl2溶液檢驗氫氧化鈉與二氧化碳是否反應(yīng)。這種方案不太完善，存在一定的缺陷。因為向反應(yīng)后溶液中加入CaCl2溶液后，即使氫氧化鈉與二氧化碳沒有反應(yīng)，也可能會有白色渾濁出現(xiàn)。因為當加入的CaCl2溶液中的Ca2+與NaOH中的OH-的濃度比較大時，也會因為一定溫度下Ca（OH）2的溶解度相對比較小，而有部分Ca（OH）2晶體析出，使得溶液中出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，導致判斷結(jié)果錯誤。所以關(guān)于鹽的選擇，最好選取BaCl2，不宜用CaCl2[3]。

參考資料

[1]陳曉玲.初中化學中NaOH溶液與CO2反應(yīng)的實驗裝置設(shè)計[J].中學化學，2013，（6）：23

[2]中學化學實驗大全.二氧化碳與氫氧化鈉可以生成沉淀嗎？http：//chem.cersp.com/HXJS/200704/3146.html. 2007-4-6

[3]陳金健.氫氧化鈉考點聚焦.http：//www.pep.com.cn/ czhx/xshzx/tbxxzy/xsjxt/9xiakb/201103/t20110302-1025 172.htm.2011-3-2

?（圖5）

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[1]周玉明.新課程理念下化學板書設(shè)計的優(yōu)化策略[J].中學化學教學參考，2011，（10）：20-21

[2]陳心忠.“思維導圖”在學習“從海水中獲得的化學物質(zhì)”中的應(yīng)用[J].中學化學教學參考，2010，（9）：31-32

[3]白娜，靳瑩.思維導圖應(yīng)用于化學教學的實驗研究[J].化學教學，2012，（6）：14-17

[4]郭向東.化工流程試題分類例析[J].廣東教育：高中版2011，（4）：45-47

1008-0546（2013）12-0085-04

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.035