創設實驗情境 培養學生思維——對《氫氧化鈉的性質》中實驗的處理

朱 莉 趙永勝

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

實驗是化學教學得以實施的基礎，然而重視實驗的基礎地位并不是讓學生去實驗室摸摸“瓶瓶罐罐”那么簡單。 實驗的運用在于發揮它的主導作用，在于給思維一個載體，給知識一個情境。 只有在情境中的實驗才不機械枯燥，只有在實驗中的思考才能源遠流長。

“實驗”—“情境”—“思維”， 只有這三者合為一體、相輔相成、融會貫通才能夠真正地實現高效課堂，才能夠切實地體現學生的主體地位。

氫氧化鈉的性質主要包括：潮解（干燥劑）、溶解的熱效應、與二氧化碳反應變質、與硫酸銅反應生成藍色沉淀等［1］。對于這些不算繁瑣的知識點，花一節課的時間讓學生去記住并不困難，然而如何以實驗為載體創設情景，讓學生在觀察中發現、在發現中思考、在思考中獲得才是應該采取的積極態度。

一、 氫氧化鈉溶解的熱效應實驗

化學演示實驗是配合化學課堂教學內容，由教師示范操作或個別學生做演示而其他學生觀察思考的一種實驗形式，是中學化學課堂教學中最生動、最有效的直觀教學，也是應用最廣泛的教學手段。 利用演示實驗進行教學時，一定要關注演示實驗的可視性，如何提高實驗的可視性， 讓每位學生都能比較容易地觀察到實驗，應該是我們在實驗教學中必須思考的問題。

對于氫氧化鈉固體溶解的熱效應實驗，為了增強其演示的可視性，下面展示改進實驗方案的思維過程。

方案1： 向盛有水的試管中加入一定量的氫氧化鈉固體并振蕩，用手觸摸試管外壁，感覺前后的溫度變化。

實驗結論：氫氧化鈉固體在水中溶解放熱。

實驗評價：本實驗簡單方便，但是參與度較低，并不是每位學生都有機會觸摸。 但是如果改為分組實驗，這個方案倒是可以。

方案2：改用溫度計測量溫度的變化。

實驗評價：增加了實驗的可視性，但仍不夠開放。

方案3：將試管注入少量熱水，加熱至沸騰，移開火焰，水停止沸騰，加入氫氧化鈉固體少量，發現溶液又重新沸騰。

實驗評價：現象明顯，新穎有趣，但是后排的學生依然存在觀察不清的問題。

方案4： 將一個煮熟的去皮鵪鶉蛋放在一個口徑合適的大試管中間位置，然后將大試管放在冷水中，可以看到鵪鶉蛋向下移動，向水中加入氫氧化鈉固體，鵪鶉蛋又會向上移動。

實驗評價：現象有趣，利用氣體熱脹冷縮的原理使鵪鶉蛋上下移動。 該實驗可以反復演示。

方案5：向試管中注入少量乙醚，塞上帶有尖嘴玻璃導管的橡皮塞，將試管放入熱水中，在玻璃導管的尖嘴處點燃，此時乙醚燃燒，然后將試管放入冷水中，火焰慢慢變小，此時將氫氧化鈉固體加入冷水中，火焰立刻變大。

實驗評價：現象明顯，新穎有趣，利用乙醚的揮發性可以反復演示。 而且所有的學生都能觀察到。

設計說明：學生對演示實驗都抱有濃厚的興趣和好奇心，渴望通過實驗觀察到鮮明、新奇的實驗現象。 而一個成功的、設計合理的可視性極強的實驗不僅可以滿足學生的好奇心，還會極大地調動起學生的求知欲望。 反之，實驗現象不明顯，無法使全班學生觀察，就會壓抑學生的求知欲望，致使他們情緒低落，那種由于好奇心得不到滿足而產生的失望可能會影響到對整節課的學習。

二、對氫氧化鈉與二氧化碳反應的實驗處理

活動1：將氫氧化鈉的濃溶液滴入充滿二氧化碳的集氣瓶中。

實驗現象：氣球變癟。

實驗結論： 瓶內氣壓減小，二氧化碳被消耗。

活動2： 氫氧化鈉與二氧化碳反應后變成了什么物質？

學生猜想：變成了碳酸鈉。

問題引導：請設計實驗證明碳酸鈉的存在。

學生方案：根據碳酸鹽的檢驗方法，可以加入稀鹽酸，如果有二氧化碳氣體生成，氣球應該變大。

方案驗證：滴入試劑b（稀鹽酸），有氣泡產生，氣球變大。

提出問題：我們不難看出，上述實驗的關鍵在于氣球的大小可以反映出集氣瓶內壓強的變化，從而幫助我們進行分析和判斷。 實驗剛開始時，我們滴入氫氧化鈉溶液，氣球變癟，說明瓶內氣壓減少，從而推測出二氧化碳被消耗，于是我們得出氫氧化鈉與二氧化碳反應的結論。 然而，這個推理過程卻不夠嚴密，你知道問題出在哪里么？

學生： 氣球變癟說明瓶內氣壓減小是沒有問題的，關鍵是壓強減小的原因。 我們滴入的是氫氧化鈉溶液，含有溶劑水，而二氧化碳本身就能溶于水且和水反應生成碳酸。 所以單純的根據氣球癟了，壓強小了，就說明氫氧化鈉和二氧化碳反應了，是不嚴密的。

教師：這個分析正中要害，那么我們應該如何改進呢？

學生： 取兩個完全相同的裝有二氧化碳的塑料瓶，分別向其中加入等體積的水和氫氧化鈉溶液，迅速擰緊瓶蓋并振蕩， 若加入氫氧化鈉的塑料瓶變癟的程度更大，則可以證明氫氧化鈉也與二氧化碳發生了反應。

實驗：按照學生的方法進行實驗。 結果和學生的預測一致。

教師：對比的思想運用得很恰當，通過塑料瓶被壓癟的程度不同，直接證明了氫氧化鈉與二氧化碳發生了反應。

設計說明：化學教學過程，就其本質而言，是學生在教師組織引導下，認識化學知識的過程，而技能、能力、方法和態度等都是通過這一化學認識過程來培養和訓練的，在化學教學過程中要學生有效地掌握化學知識和方法，就必須對化學知識的認識過程展開，以便學生把客觀形態的知識內化為主觀形態的知識，使學生的學習成為有意義的學習。 通過實驗方案的不嚴密，引導學生設計出對比實驗，這樣不僅讓學生學習到了知識，而且學習到了方法。

三、對氫氧化鈉與二氧化碳反應產物的實驗處理

演示實驗：將上面塑料瓶中的氫氧化鈉和二氧化碳反應后的液體倒入試管中少許， 然后逐滴滴入稀鹽酸，開始的一段內無氣泡產生；繼續滴加稀鹽酸，有氣泡產生。

問題：實驗中我們確實看到了氣泡，從而證明了碳酸鈉的存在，那么剛開始加入稀鹽酸的時候為什么沒有氣泡產生呢？

學生：是不是有其他物質先和稀鹽酸反應了呢？

教師：那么你認為是什么物質呢？

學生：是不是沒有反應完的氫氧化鈉呢？

教師：我們現在就一起來研究一下氫氧化鈉是不是也能與稀鹽酸反應。

學生方案1： 向裝有少量氫氧化鈉溶液的試管中加入稀鹽酸。

實驗現象：無氣泡生成，溶液仍為無色。

實驗評價：無明顯現象，無法證明兩者是否反應。

學生方案2：引入無色酚酞試液。

實驗操作： 向氫氧化鈉溶液中滴入無色酚酞試液，溶液呈紅色；逐滴加入稀鹽酸，至溶液恰好變成無色，證明了氫氧化鈉已經被鹽酸消耗。

設計說明：課本中酸堿中和反應其實是下一節的內容，本節課涉及主要是出于教學情境發展的需要。 在研究氫氧化鈉性質的過程中讓學生自然的完成了對此問題的處理， 不僅靈活運用了教材也培養了學生發現問題、解決問題的能力，可謂一舉兩得。

四、 對氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應的實驗中出現“意外”的處理

課堂是未知的， 精彩和意外隨時都有可能發生，而不是一切都按照自己的預設進行，要善于運用課堂中的意外，要追求真實的課堂，巧妙的運用意外，生成智慧的課堂，用意外點亮課堂的精彩。 每個意外都可能預示著一段精彩的教學開始。 因此，教師要時刻關注學生的思維活動，不斷調整自己的思維活動，通過教學機智和學生的智慧來解決意外。

意外事件：一位學生到前面將氫氧化鈉溶液滴加到硫酸銅溶液中，在大家等待期望的現象出現時，意外發生了：先出現了氣泡，然后才出現藍色沉淀。

事件處理：

教師：出現這種現象，請同學們猜測一下可能有哪些原因。

學生甲：可能是試管不干凈，里面含有酸造成的。

學生乙：可能是氫氧化鈉溶液變質了。

學生丙：可能是硫酸銅溶液中含有酸。

學生丁：他和書上做的實驗順序不一樣。 書上是把硫酸銅溶液加入到氫氧化鈉溶液中，而他正好是反過來的。

教師：同學們積極思考，認真討論，猜測的有理有據，那么，我們如何通過實驗進一步探究？

學生A：我準備驗證甲的猜想。 我的方案是：另取一只試管先用清水刷洗試管，重做上面的實驗，邊說邊做。結果還是出現和原來一樣的現象。 我得出結論：學生甲的猜測是不正確的。

學生B：上臺取少量的氫氧化鈉溶液于試管中，加入稀鹽酸。 現象：產生氣泡；得出結論：氫氧化鈉吸收了空氣中的二氧化碳變成了碳酸鈉。 學生乙的猜測是正確的。

學生C：用玻璃棒蘸取少量的硫酸銅溶液于石蕊試紙上，試紙變紅。 得出結論：硫酸銅溶液中確實含有酸。學生丙的猜測是正確的。

學生D：按照書上的做法進行實驗，結果直接出現了藍色沉淀。 學生丁的猜測是正確的。

教師：為了防止銅離子水解，常在酸性條件下配制硫酸銅溶液。 誰能來解釋產生氣泡的原因？

學生E：當把變質的氫氧化鈉溶液滴加到酸化的硫酸銅溶液中，由于酸很多，酸會和氫氧化鈉和碳酸鈉反應，從而生成二氧化碳而產生氣泡。 當滴加順序反過來時，則氫氧化鈉過量，會首先把硫酸銅溶液中的酸反應掉，所以碳酸鈉不會在與酸反應，所以也就不會產生氣體，而是直接生成藍色沉淀了。

設計說明：在化學教學中，需要我們盡可能地把探究式實驗教學落實到化學教學中去，通過“提出問題、猜想與假設、制定計劃、進行試驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流”等活動的過程，進行創造教育。 在化學實驗教學中，能用于實驗探究的問題可能來自自然現象、社會生活和生產實踐，也可能來自學習的過程中，還有可能來自教師精心設計的問題情境，無論是什么情況，始終要讓學生產生發現問題和解決問題的渴求和欲望。 對于教材中某些驗證性的實驗如果改為探究性的實驗，可將學生帶入科學探究的情境中，從而不斷增強他們發現問題和解決問題意識和能力。

實驗說明： 氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液的反應，滴加試液的量和順序不同，現象也可能不同。

1.向NaOH 溶液中滴CuSO4溶液

①恰好完全沉淀， 此時pH 為6～7。 向2mL NaOH溶液中滴5 滴CuSO4溶液，兩者恰好完全反應，所得反應產物為藍色絮狀沉淀。 久置后上層溶液無色，即生成氫氧化銅和硫酸鈉。 化學反應方程式：2NaOH＋CuSO4＝Cu（OH）2↓＋Na2SO4

氫氧化銅［Cu（OH）2］生成的原因是一個銅離子正好與兩個氫氧根離子生成氫氧化銅。 氫氧化銅為一種藍色固體，難溶于水，加熱易分解，微顯兩性。

②NaOH 溶液稍過量。 但局部環境可認為NaOH 和CuSO4恰好完全反應， 所得反應產物仍為藍色絮狀的氫氧化銅沉淀。 加熱后生成黑色氧化銅沉淀。

③氫氧化鈉溶液大量過量。 向盛有1／3 試管的氫氧化鈉溶液中滴入3～4 滴硫酸銅溶液。 久置后，上層溶液呈無色，而沉淀層為一種藍白雜色的糊狀沉淀，此為銅酸鈉。 化學反應方程式：4NaOH＋CuSO4＝Na2［Ca（OH）4］↓＋Na2SO4

銅酸鈉［Na2Cu（OH）4］的形成原因相當復雜，刪繁就簡，是氫氧根離子與銅離子結合成氫氧化銅后，由于溶液中氫氧根離子偏多，而氫氧化銅又微顯兩性（氫氧化銅可寫為Cu（OH）2及H2CuO2）故又結合兩個氫氧根離子，再與鈉離子結合生成銅酸鈉。

銅酸鈉是一種相當不穩定的藍白色物質， 難溶于水，它只有在堿性條件下才能存在，溶液稀釋后，它即分解成氫氧化銅和氫氧化鈉。 化學反應方程式為：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。在久置之后，它會風化分解，化學反應方程式為：Na2Cu（OH）4＝2NaOH＋Cu（OH）2。

2. 向CuSO4溶液中滴NaOH 溶液

硫酸銅溶液過量，此時溶液pH＜6。 向盛有1／3 試管的硫酸銅溶液中滴入4～5 滴氫氧化鈉溶液，此時，硫酸銅溶液過量，生成藍綠色塊狀沉淀。 溶液久置后呈藍色，藍綠色沉淀即為堿式硫酸銅。

化學反應方程式為：4CuSO4＋6NaOH＝Cu4（OH）6SO4↓＋3Na2SO4

在實驗中，氫氧化鈉處于不足，故氫氧根離子相對銅離子也就不足， 使氫氧根離子無法完全結合所有銅離子，故它代替一部分硫酸根離子，生成堿式硫酸銅。堿式硫酸銅［Cu4（OH）6SO4］ 是一種藍綠色固體，受熱可分解生成硫酸銅和氫氧化銅，但受熱時間比氫氧化鈉分解的時間還要長，生成藍色與黑色并存濁液。化學反應方程式為：

堿式硫酸銅可溶于無機酸（實驗用鹽酸和稀硫酸），有機酸（實驗用苯酚和乙酸），堿（實驗用氫氧化鈉和氫氧化鈣）等。 它還會與氨水反應，生成藍色溶液，有氨味：

［1］ 王祖浩，王磊主編. 義務教育教科書化學［M］. 上海：上海教育出版社，2012：44－49

［2］ 洪恩澤.氫氧化鈉與硫酸銅的反應的研究成果報告［R］.http：／ ／blog.sina.com.cn／s／blog6d56bb0c0100lg1n.html.2010.10.18.15：45：17