鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應的創新實驗

王天成 董俊謀

【摘要】高中化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗在高中化學教學和學習中具有重要的作用。筆者將結合高中化學新課改理念，以鎂與飽和碳酸氫鈉溶液的反應為載體，探究一下如何對實驗進行改進和創新，以更好地激發學生的興趣，培養學生的實驗探究能力、操作能力和創新能力。

【關鍵詞】高中化學 ?化學反應實驗 ?創新策略

【中圖分類號】G633.8 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）17-0172-01

高二學生對金屬鎂及碳酸氫鈉溶液的性質都有一定的學習，也具備了一定的實驗設計及實驗操作技能。而鎂與碳酸氫鈉溶液反應的實驗在教材中并沒有出現，對此反應能否進行，同學們是陌生的，也有很強的探究欲望。鎂與酸的反應在初三化學中已經學習過、鎂與水的反應、碳酸氫鈉的性質在高中化學必修1、必修2、選修4中已經有所學習。基于以上學習基礎，通過對經典原型實驗進行改進，對鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應進行有效創新探索。

實驗創新：設計怎樣的實驗裝置和操作探究鎂與碳酸氫鈉是否反應？如果反應怎樣才能比較明顯的觀察到現象？人教版高中化學必修2教材16頁指出“鎂與冷水反應緩慢”，將此經典原型實驗進行了改進和創新：將鎂條裝在尖嘴玻璃導管中，再放到裝有飽和NaHCO3溶液的試管中。

創新裝置如圖所示。

改進裝置的優點：（1）玻璃管類似于凸透鏡，有放大作用;（2）玻璃管細長，能使生成的氣體更集中，氣泡現象更明顯;（3）玻璃管狹小空間不易散熱，反應放熱溶液溫度上升快，會加速反應;（4）可隨時抽出玻璃導管，能使反應隨開隨停，符合綠色化學理念。

學生分組實驗：將用砂紙打磨過的鎂條裝在尖嘴玻璃管中插入飽和NaHCO3溶液的試管中。

實驗現象：玻璃導管中有大量氣泡產生，反應較快。

結論：鎂與碳酸氫鈉溶液能夠反應。

探究問題：（1）為什么鎂與碳酸氫鈉反應？（2）生成的氣體又是什么成分？

同學們在老師的引導下從鎂與溶液中存在的氫離子（水和碳酸氫根離子的電離產生）反應以及水溶液中碳酸氫根離子又能水解的角度分析，進而猜想產生氣體的成分：（1）可能是H2;（2）可能是CO2;（3）可能是H2和CO2的混合氣體。

探究實驗：生成氣體的成分是什么？

同學們經過小組內交流討論，設計實驗方案和分組操作。為保證實驗的連續性和現象明顯，鎂條取長一些（約3cm），并將反應裝置浸入40℃左右的溫水中（老師在實驗前通過網絡查詢告訴同學們NaHCO3在溶液中大約在48℃左右會開始分解，有CO2生成），實驗開始反應一段時間后，排盡玻璃管中的空氣后，在尖嘴玻璃導管口點燃產生的氣體，看氣體能否燃燒，判斷產生的氣體是否會是H2。之后用橡膠管將尖嘴管與導氣管相連，將產生的氣體通入澄清石灰水，觀察溶液是否變渾濁，判斷氣體中是否含量CO2。

探究實驗現象：點燃后有短暫的燃燒現象;石灰水變渾濁。

探究實驗結論：鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應產生的氣體是H2和CO2的混合氣體。

實驗活動結束后，引導同學們又從碳酸氫鈉溶液中存在的平衡，從微觀的角度進行了分析交流：

可能是因為Mg+2H+==Mg2++H2↑，Mg2++2OH-==Mg（OH）2↓，尤其是后一個離子反應的發生，促進了HCO的水解平衡向正反應方向移動，從而使H2CO3的濃度增大，進而使H2CO3？葑CO2+H2O，向正反應方向移動，產生CO2氣體。這和同學們先檢驗H2再檢驗CO2有點吻合。

通過這一創新實驗探究活動，使同學們從產生認知沖突，到實驗創新求證，再到推理論證，讓同學們從好奇心走向求知心，在實際操作中觀察思考，在合作探究中交流表達，并提出自己的猜想，收獲了結論，理解了課本所學知識;更從現象出發，進行微粒探尋，多角度動態化地分析，推理反應的本質，這種微粒觀的分析方法將會幫助同學們更好地解決一些化學問題。

參考文獻：

[1]張賢金，吳新建.基于核心素養的高中化學課程改革如何“落地”[J].化學教與學. 2016（09）

[2]賴琛虹.基于核心素養培養的高中化學教學研究[J].福建基礎教育研究. 2016（05）