談探究氫氧化鈉性質實驗的五個誤區

摘要：以案例形式剖析了探究氫氧化鈉性質實驗中存在的認識誤區，指出了問題所在，提出了相關的建議和改進措施，避免在初中化學教學中步入實驗誤區。倡導重視實驗設計的科學性和嚴密性，幫助學生通過實驗獲得知識、理解知識和鞏固知識。

關鍵詞：氫氧化鈉；性質實驗；實驗誤區；實驗探究；實驗教學

文章編號：1005–6629（2016）7–0062–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

氫氧化鈉是初中化學學習的一種重要物質，是堿類物質的典型代表物之一。氫氧化鈉溶于水放出熱量、氫氧化鈉溶液顯堿性、氫氧化鈉能與二氧化碳反應、氫氧化鈉與酸發生中和反應等都是氫氧化鈉的重要性質，也是課堂教學的重點。筆者在聽課調研中發現，有些教師在設計實驗方案探究氫氧化鈉的上述性質時，存在原理不正確、方案不科學、結論欠精準等種種問題，步入了實驗探究的誤區，導致學生對知識的理解產生了偏差。現將相關探究案例整理并分析如下，供同行們參考，以期得到指正。

1 探究氫氧化鈉溶于水的熱效應

“氫氧化鈉是白色固體，易溶于水，溶解時放出熱量”。這是教材對氫氧化鈉物理性質的簡單描述。

為了驗證固體氫氧化鈉溶于水放出熱量這一事實，教師沒有利用傳統的“用溫度計測量固體物質溶于水前后的溫度變化”這一實驗方案，而是創新性地設計了如下趣味實驗方案：

向試管內倒入5mL水，先在酒精燈外焰上進行預熱，再集中加熱，直至試管內的水沸騰；移開試管，試管內的水停止沸騰，向剛沸騰過的水中加入些許固體氫氧化鈉，觀察到試管內的水重新沸騰了起來。

學生興致勃勃地觀察、饒有興致地討論，臉上帶著驚喜。經過一番議論之后，教師最終給出了結論：水的重新沸騰是固體氫氧化鈉溶于水時放出了熱量所致。由于學生親眼目睹了實驗現象，便心悅誠服地接受了教師給出的結論。

“水的再次沸騰”果真如教師所說是氫氧化鈉溶解放熱所致嗎？帶著疑問，筆者進行了如下三個實驗：取三支試管，分別向試管內倒入5mL蒸餾水，先在酒精燈外焰上進行預熱，再集中加熱，直至試管內的水沸騰；移開試管，向剛沸騰過的熱水中分別加入少許氯化鈉、硝酸銨、碎瓷片，均觀察到試管內的水重新沸騰起來[1]。

眾所周之，碎瓷片不溶于水；氯化鈉溶于水時，溶液溫度不會有明顯變化，固體硝酸銨溶于水時吸收熱量，溶液溫度應該降低，但把這三種物質分別加入剛沸騰過的水中時，都觀察到水重新沸騰了起來。顯然，“水的重新沸騰是由固體氫氧化鈉溶于水時放出熱量所致”的說法有所欠缺、站不住腳。因此教師設計的實驗方案是不科學的、不可取的。

事實上，給蒸餾水加熱時，由于液體里缺乏形成氣泡的核心，容易導致形成過熱液體，過熱液體是亞穩定狀態。當向過熱液體中加入固體時，會侵入氣泡，提供了氣化中心，所以會看見水重新沸騰起來。

2 探究氫氧化鈉溶液與指示劑作用

氫氧化鈉是一種可溶性堿，它的水溶液能與酸堿指示劑作用，使無色酚酞變紅色。驗證氫氧化鈉溶液顯堿性時，一位教師向試管內倒入少量氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞，學生觀察到試管里的液體瞬間由無色變為紅色，但稍一振蕩，紅色徹底消失。學生觀察到的現象與課本中描述的現象截然不同，于是該教師趕忙又連續滴入了幾滴酚酞，最終觀察到溶液還是無色，為了結束這一“尷尬”局面，便勉強向學生解釋：實驗中所用的氫氧化鈉變質了，導致實驗現象產生了意外。

溶液最終呈現無色，果真是由于氫氧化鈉變質所致嗎？其實，氫氧化鈉變質后往往變成碳酸鈉，碳酸鈉溶液顯堿性，同樣可以使酚酞變紅色。溶液剛上來顯示紅色，說明酚酞并未變質，產生意外現象的主要因素是該教師選用的氫氧化鈉溶液濃度偏大[2]。事實上，使酚酞變紅的堿溶液pH范圍是8.2～10.0，當遇到較濃的堿溶液，酚酞的結構發生改變，因此看不到紅色出現[3]。課后用pH試紙測得所用氫氧化鈉溶液的pH是13，果然不在酚酞變紅范圍內。

3 探究氫氧化鈉與二氧化碳的反應

氫氧化鈉能夠跟酸性氧化物（如二氧化碳、二氧化硫等）發生反應生成鹽和水。為了探究NaOH溶液與CO2之間是否發生反應，教師演示了如下實驗：向一個盛滿二氧化碳氣體的礦泉水瓶里加入少量氫氧化鈉溶液，立即蓋緊瓶塞，振蕩，觀察到礦泉水瓶變癟，由此得出“NaOH溶液與CO2能夠發生反應”這一結論。

教師明白這一結論是不確切的。實驗中礦泉水瓶變癟，不足以證明二氧化碳和氫氧化鈉溶液發生了化學反應，因為二氧化碳溶解在水中也能產生類似的現象。

為了便于對比，教師又補充了一個對比實驗：另取一個礦泉水瓶，倒入少量水，振蕩，通過比較兩個礦泉水瓶變癟的程度不同，重新得出“NaOH溶液與CO2能夠發生反應”這一結論。

事實上，該教師設計的對比實驗是不完美的，是存在缺憾的。原因在于，他并沒有進行變量控制，要充分證明氫氧化鈉與二氧化碳之間確實發生了反應，對比實驗中所使用的礦泉水瓶的材質、形狀大小要相同，倒入水的體積理應與氫氧化鈉溶液的體積相同。但教師恰好忽略了這一點，因此設計的對比實驗方案有瑕疵，無法證明所得結論的真實性。

為證實可溶性堿與二氧化碳之間確實發生化學反應，筆者設計了以下實驗：

取三個同材質、大小形狀相同的均充滿二氧化碳氣體的軟礦泉水瓶，分別向其中倒入等體積的飽和氫氧化鈉溶液、飽和石灰水及水，加蓋振蕩同樣次數，比較三者變癟的程度，可以明顯觀察到A瓶變癟程度最大，B瓶次之，C瓶變癟程度最小。該實驗不僅證明二氧化碳能夠與堿溶液發生反應，還能夠比較氫氧化鈉、氫氧化鈣與二氧化碳反應程度的不同，是由于二者的溶解能力不同所致。由此提示我們，檢驗二氧化碳氣體時用澄清石灰水，除去二氧化碳時選擇氫氧化鈉溶液，這樣的實驗設計可謂一舉多得，效果更好。

4 探究中和反應的熱效應

酸與堿之間能夠發生中和反應，為驗證氫氧化鈉與鹽酸之間發生中和反應并放出熱量，教師設計了以下實驗方案：

室溫下，取10份相同體積質量分數均為10%的NaOH溶液于10支試管中，分別滴加一定體積10%鹽酸，并測定溶液溫度的最高值，數據記錄如下：

表中數據表明：加入鹽酸的量在2～10mL之間時溶液的溫度逐漸升高，說明中和反應放出熱量；當加入鹽酸的體積在12～20mL之間，溶液溫度逐漸降低。對此，有教師僅解釋為中和反應停止，不再放出熱量，熱量散失，導致溶液溫度降低。

表中數據告訴我們：當滴加稀鹽酸的體積達到10mL時，溫度最高，說明此時是氫氧化鈉溶液和鹽酸恰好完全反應，當反應結束不再放出熱量，隨著稀鹽酸的繼續加入，鹽酸不斷吸收溶液的熱量，導致溶液的溫度逐漸降低，過量鹽酸起到冷卻的作用，才是使溶液的溫度明顯降低。

5 探究氫氧化鈉的變質

氫氧化鈉暴露于空氣中會與空氣中的二氧化碳發生反應而變質，為驗證久置于空氣中的NaOH固體是否變質，某教師設計了如下實驗方案：

取少量固體于試管中，加適量水充分溶解，向試管中滴加幾滴稀鹽酸，沒有觀察到氣泡產生，于是得出結論：該氫氧化鈉固體沒有變質。

實驗中的固體氫氧化鈉一定沒有變質嗎？

其實，酸、堿、鹽之間發生的反應一般是復分解反應，在復分解反應中，酸堿中和反應優先反應，也就是說，當向氫氧化鈉和碳酸鈉的混合液中滴入稀鹽酸時，首先發生中和反應：NaOH+HCl= NaCl+H2O，然后發生反應：Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl，最后發生反應：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑。在上述實驗方案中，雖然鹽酸與氫氧化鈉、碳酸鈉都能發生反應，但是鹽酸與氫氧化鈉之間的中和反應優先發生，待反應完成之后，鹽酸再與碳酸鈉發生反應，先生成碳酸氫鈉，生成的碳酸氫鈉再與鹽酸發生反應才產生二氧化碳氣體。因此剛上來沒有看到氣泡產生，并不能說明固體中一定不含碳酸鈉，還可能是由于鹽酸用量較少所致[4]。若教師使用足量的稀鹽酸進行探究，實驗方案就嚴密了，說服力就更強了。

科學探究是學習化學的重要而有效的方式，化學實驗是進行科學探究的重要途徑，只有設計科學、規范、合理的實驗，才能真正增強學生的實證意識，引導學生養成嚴謹、求實的科學態度，達到理解知識、獲得知識、鞏固知識之目的。

參考文獻：

[1]張偉，李路路.對一則實驗改進的探討[J].中學化學教學參考，2013，（11）：72.

[2]張賢金，汪肖楠.三種物質使變紅酚酞褪色機理的再探討[J].化學教學，2009，（4）：73～75.

[3]呂秀麗.過氧化鈉與水反應過程中酚酞褪色的新釋疑[J].化學教學，2005，（3）：7～8.

[4]王榮橋.淺析對氫氧化鈉變質問題的處理[J].中學化學教學參考，2012，（6）：54.