從肥皂泡到水硬度

羅 鵬

（南京市臨江高級中學 江蘇 南京 211102）

一、問題的提出

現(xiàn)行的全國各套中學化學教材［1］中都提及到硬水和軟水。教材還介紹了硬水的危害和軟化方法。該教材內(nèi)容生動有趣、貼近生活、密切聯(lián)系化學學科知識。只可惜該部分知識沒有配以實驗，讓學生獲得感性的認識。本文是關于肥皂泡與水的硬度的趣味實驗。

二、實驗部分

如表1所示的實驗步驟和實驗結果。實驗1-3、6需要使用50mL的試管。實驗4、5需要使用磁子攪拌。

市售肥皂的水溶液渾濁，不容易看到實驗過程中沉淀的形成。因此，我們添加0.04mol／L癸酸鈉（由癸酸和NaOH 中和得到）。 其他的溶液包括：EDTA（0.03mol／L）、Na2CO3（0.02mol／L）、NaCl（0.02mol／L）、CaCl2／MgCl2混 合液 （各0.01mol／L）。本實驗所用藥品無毒無害，適合高中生動手操作。

表1 肥皂泡在不同溶液中的表現(xiàn)

三、結果與討論

圖1 將Na2CO3加入含有CaCl2／MgCl2混合液中的現(xiàn)象

圖2 加入EDTA后，沉淀的溶解過程

實驗1-3表明肥皂泡的起泡效果確實受到了Ca2+、Mg2+的干擾。那么我們的生活中的用水是否就絕對沒有Ca2+、Mg2+呢？那么洗滌產(chǎn)品中的水軟化劑到底是怎樣作用的呢？出于這樣的思考，筆者選用Na2CO3是模擬沉淀劑，EDTA模擬洗滌品中的軟化劑。同時針對實驗4-6拋出問題，引導學生思考：

（1）書寫 Na2CO3與Ca2+、Mg2+的化學反應方程式。

（2）解釋EDTA對前面反應產(chǎn)物的影響？試著解釋EDTA的作用？

（3）在 NaCl和 CaCl2／MgCl2溶液中肥皂泡表現(xiàn)差異的原因？

（4）肥皂為什么不在海水中起泡？海水中有什么？

（5）Na2CO3的作用，模擬什么物質(zhì)？

（6）解釋洗滌液的添加軟化劑的原因？［如：一些洗滌液中包含鋁硅酸鈉的添加劑，其化學式可寫成xNa2O·Al2O3·ySiO2·zH20）。 主要作用是離子交換劑，因為其中的Na+不穩(wěn)定，可以被交換出去。 ］［2-3］

（7）如果你是洗滌行業(yè)的專家，就水的硬度問題，在設計產(chǎn)品時需要注意哪些問題？

超過90%的學生能夠理解Na2CO3對Ca2+、Mg2+的沉淀作用，并準確寫出了Na2CO3與Ca2+、Mg2+的化學平衡反應方程式。通過Ca2+、Mg2+的添加，學生認識到肥皂不在海水中起泡是因為海水的硬度比一般的水質(zhì)要大。然而對于EDTA能夠使?jié)嵋喝芙獠a(chǎn)生泡沫感到驚奇并不可理解，有25%的學生認為是EDTA直接與Ca2+、Mg2+之間的絡合。但事實上，EDTA作用是由于它能夠與沉淀 CaCO3、MgCO3中的Ca2+、Mg2+離子形成可溶性絡合物。同理，不難推測實驗6中的現(xiàn)象，EDTA將不溶的脂肪酸鹽轉化為其可溶性的鈉鹽形式。

不難看出，學生能較好地運用以往知識來解釋現(xiàn)有的現(xiàn)象，但對軟化劑是什么，怎么作用并不了解，教師可以借洗滌液中的軟化劑成分，對作用原理加以介紹，利用學生的興趣引發(fā)他們對生活中的現(xiàn)象的深層次思考。綜合來看，肥皂泡的起泡效果與水的硬度和洗滌劑的成分都有關系。

這個看似簡單的試驗結合了日常常見的生活現(xiàn)象，從肥皂泡引發(fā)的對于水硬度的思考引起了學生的廣泛興趣。這種使用安全、廉價的反應物和簡單裝置的實驗，通過結合巧妙的教學設計能夠引導學生進入更深層次的思考，不僅可以引發(fā)對化學原理的探討，如配合物的形成、離子交換等知識；更能夠激發(fā)學生思考更加廣泛的問題，包括水體污染、飲用水的軟化問題與方法、洗滌劑的研發(fā)等關于水的硬度的深層次的思考。實驗的真實情景化教學與模擬實驗相結合，突出實驗原理教學，讓實驗教學不再局限于書本。

［1］ 王祖浩等.高中化學選修 1《化學與生活》［M］.南京：江蘇教育出版社，2006

［2］ Yappert，M.C.；DuPre，D.B.J.Chem.Educ. ［J］.1997，74：1422-1423