探究氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應

河北省霸州市第八中學 楊海燕

探究氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應

河北省霸州市第八中學 楊海燕

一、發現問題

小明學習了堿的化學性質后，知道二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水。但在“探究酸和堿的性質”的實驗課上，他向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳時并沒有看到明顯的現象。小明感到非常困惑，究竟該如何證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發生反應呢？

二、分組設計實驗方案

針對小明提出的問題，老師提示說：“對于無明顯實驗現象的化學反應，可以從證明反應物消失和有新物質生成兩個角度入手，設計有明顯現象的實驗間接證明該反應發生。”于是有同學說：“可以向氫氧化鈉溶液中滴加幾滴酚酞溶液，再通入二氧化碳，如果紅色消失，證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發生化學反應。”但又有同學反駁說：“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應生成的碳酸鈉溶液也顯堿性，因此紅色不會褪去，這個方案不可行。”

最終同學們討論交流后得出兩種方案：1.通過證明反應物二氧化碳減少來證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發生化學反應；2.通過證明新物質碳酸鈉生成來證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發生化學反應。

老師肯定了同學們設計實驗方案的依據，并組織同學們分組設計具體實驗方案。

實驗效果圖Ⅰ

三、交流實驗方案

同學們受到“測定空氣里氧氣的含量”實驗中，利用反應后密閉裝置中的氣壓減小來測定氧氣含量的方法的啟發，決定通過“二氧化碳與氫氧化鈉溶液在密閉裝置中發生反應后，二氧化碳氣體減少且無氣體生成，密閉裝置中氣壓減小”的現象，來證明反應物二氧化碳參與了反應，從而間接證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液能發生化學反應。由此，同學們分組設計了如下實驗方案：

方案一：把充滿二氧化碳的試管倒扣在氫氧化鈉溶液中，過一段時間后，觀察現象。

方案二：向一個充滿二氧化碳的軟塑料瓶中倒入氫氧化鈉溶液，蓋好瓶蓋，振蕩，觀察現象。

方案三：把帶有分液漏斗和玻璃管（下端系一個氣球）的雙孔橡膠塞與收集滿二氧化碳氣體的集氣瓶組裝好，然后把分液漏斗中的氫氧化鈉溶液滴入集氣瓶中，振蕩，觀察現象。

方案四：把帶有分液漏斗和玻璃管的雙孔橡膠塞與盛滿二氧化碳氣體的集氣瓶組裝好，玻璃管的另一端用帶有止水夾的橡膠管連接另一玻璃導管，玻璃導管的一端伸入盛有水的燒杯中，向分液漏斗中加入氫氧化鈉溶液，然后把分液漏斗中的氫氧化鈉溶液滴入集氣瓶中，振蕩，打開止水夾，觀察現象。

同學們在交流實驗方案時，有同學認為二氧化碳能溶于水，也能使密閉裝置中的壓強減小，且以上四個實驗中用到的氫氧化鈉溶液中都有水，故實驗方案不嚴密。老師提示說：“1體積水只能溶解1體積的二氧化碳，但同體積的氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應時消耗的二氧化碳更多，故密閉裝置中的壓強減小的程度不同。”同學們聽了老師的提示，改進了實驗方案，在以上四個實驗中均采用對照實驗，用和氫氧化鈉溶液等體積的蒸餾水與氫氧化鈉溶液做對比，排除氫氧化鈉溶液中的水能吸收二氧化碳的干擾。

實驗效果圖Ⅱ

設計證明有新物質碳酸鈉生成的實驗方案時，同學們考慮到碳酸鈉溶液與氫氧化鈉溶液的本質區別是碳酸根離子與氫氧根離子的不同，故加入的試劑與碳酸鈉和氫氧化鈉反應的現象應不同。結合所學的酸堿鹽之間的反應，利用碳酸鈉能與酸、堿、鹽三種不同類別的物質反應設計實驗方案。通過討論交流同學們認為：氫氧化鈉溶液與稀鹽酸、稀硫酸反應無明顯現象，碳酸鈉溶液與足量的稀鹽酸、稀硫酸反應有氣泡冒出；氫氧化鈉溶液與堿溶液不反應，碳酸鈉溶液與氫氧化鈣溶液反應生成白色沉淀；氫氧化鈉溶液與氯化鈣溶液、氯化鋇溶液不反應，碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液、氯化鋇溶液反應生成白色沉淀。由此，同學們分組設計了如下實驗方案：

方案五：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后的所得溶液于試管中，加入足量的稀鹽酸，觀察現象。

方案六：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后的所得溶液于試管中，滴加澄清石灰水，振蕩，觀察現象。

方案七：取少量氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后的所得溶液于試管中，滴加氯化鈣溶液，振蕩，觀察現象。

同學們從反應物二氧化碳減少和新物質碳酸鈉生成兩個角度設計改進后的實驗方案得到了老師的肯定。

四、分組實驗驗證

驗證密閉裝置中的二氧化碳減少的各對比實驗的過程和現象分別如下：

方案一：把兩支充滿二氧化碳的試管分別倒扣在氫氧化鈉溶液和等量的蒸餾水中，過一段時間后，觀察到兩支試管中的液面都上升，但倒扣在氫氧化鈉溶液中的試管中的液面上升更迅速，且液面上升得比倒扣在蒸餾水中的試管中的高。

方案二：分別向兩個相同的充滿二氧化碳的軟塑料瓶中倒入相同體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，蓋好瓶蓋，振蕩，觀察到倒入氫氧化鈉溶液的軟塑料瓶迅速變癟，而倒入蒸餾水的軟塑料瓶過一會兒才變癟，且變癟的程度比倒入氫氧化鈉溶液的要差。

方案三：把兩套裝置的分液漏斗中等量的氫氧化鈉溶液和蒸餾水分別滴入盛有二氧化碳的集氣瓶中，振蕩，觀察到滴入氫氧化鈉溶液的集氣瓶中的氣球迅速變大，而滴入蒸餾水的集氣瓶中的氣球變大得慢且變大得小。

方案四：把兩套裝置的分液漏斗中等量的氫氧化鈉溶液和蒸餾水滴入盛有二氧化碳的集氣瓶中，振蕩，打開止水夾后，觀察到燒杯中的水被吸入集氣瓶中，但滴入氫氧化鈉溶液的集氣瓶中吸入的水多。

通過上述四個對比實驗，在排除二氧化碳溶于水的干擾的前提下，都有明顯的現象證明密閉裝置中的氣壓減小，即反應物二氧化碳減少，進而證明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發生了反應。

證明有新物質碳酸鈉生成的實驗中，按照方案五、六、七進行實驗，向氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應后的溶液中分別滴入足量的稀鹽酸、澄清石灰水、氯化鈣溶液（即酸、堿、鹽三種不同類別的物質），觀察到滴入足量稀鹽酸后有大量氣泡產生，滴入澄清石灰水、氯化鈣溶液后都有白色沉淀生成。通過這些明顯的現象證明新物質碳酸鈉的確存在，進而證明氫氧化鈉溶液與二氧化碳發生了反應。

五、得出結論

通過反應物二氧化碳的減少和新物質碳酸鈉的生成證明氫氧化鈉溶液和二氧化碳能發生化學反應。