關于“碳酸鈣性質”的探究及教學思考

田長明

摘要：文章從質疑碳酸鈣飽和溶液能否使酚酞試液變色入手，就變色的本質進行了探討，對碳酸鈣的溶解性和穩定性進行了適當的拓展和延伸，并對課堂教學提出了自己的看法。

關鍵詞：問題質疑；本質探討；知識拓展；教學反思

文章編號：1008-0546（2016）08-0009-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.003

在提倡培養學生核心素養的今天，培養學生的批判性思維是其中重要的一環，要培養學生的批判性思維，教師首先必須具有批判性思維。而教師批判性思維的立足點應該是課堂教學，有教師就關于“碳酸鈣性質”提出了如下質疑。

一、問題的質疑

有質疑，才會有創新思維。質疑是創新思維的首要條件，是獲得創見的第一步。小疑則小進，大疑則大進。愛因斯坦說過：“提出一個問題往注比解決一個問題更重要。”

為了證明大理石高溫下分解產生氧化鈣，很多老師會做如下實驗：

實驗1：將大理石在酒精噴燈上煅燒一段時間，然后將煅燒后的石灰石投入盛有水的燒杯中，在燒杯中滴加2滴酚酞，發現溶液變紅，因此得出結論：大理石高溫煅燒分解產生氧化鈣。理由：CaCO3CaO+CO2↑， CaO+H2OCa（OH）2。反應后溶液呈堿性。

有些老師對上述實驗證明過程提出了質疑，他們的理由如下：

實驗2：在試管中加入少量碳酸鈣粉末，并加入2mL水，振蕩搖勻，制成碳酸鈣的懸濁液，在試管中滴加2滴酚酞，結果發現濁液變紅。

沒有高溫煅燒的碳酸鈣，加水制成飽和溶液后，滴入酚酞，溶液也會變紅，因此上述證明過程存在缺陷。

筆者對照上述兩個實驗，發現了兩個問題，其一是物質的狀態不同，一個是塊狀，一個是粉末狀，其二是兩者純度不同，石灰石含有雜質，而碳酸鈣是分析純。為了弄清上述問題，筆者又做了如下兩個實驗：

實驗3：在試管中加入幾塊石灰石，并加入2mL水，振蕩，在試管中滴加2滴酚酞，長時間放置，結果溶液不變紅。

實驗4： 在試管中加入研磨細的大理石，并加入2mL水，振蕩，在試管中滴加2滴酚酞，結果濁液變紅。

為了定量地說明上述問題，有教師利用傳感技術來分別測定上述兩溶液的電導率。裝置如圖1：

測得的數據如下：

由此可見，石灰石加入水后，滴加酚酞，濁液是否變紅，溶液導電能力的大小跟大理石的聚集狀態有著很大的關系。

二、本質的探討

碳酸鈣懸濁液滴加酚酞后為什么會變紅？筆者查閱了相關資料并進行了相關計算。

碳酸鈣的Ksp=8.7×10-9，根據Ksp=c（Ca2+） c （CO32-）[1]，則溶液中c（Ca2+）=c（CO32-）=9.33×10-5mol·L-1。

碳酸的Ka1=4.30×10-7；Ka2=5.61×10-11[1]。

CaCO3的水解常數為：Kh=Kw/Ka2=10-14/5.61×10-11=1.78×10-4。飽和碳酸鈣溶液中氫氧根離子濃度為c （OH-）==1.29×10-4 mol·L-1，pOH=3.89，pH=10.11。

酚酞的變色范圍如下：

所以飽和碳酸鈣溶液能使酚酞變紅。

三、知識的拓展

拓展延伸是課堂教學當中很重要的一個組成部分。我們要在尊重學生學好教材、立足課堂的基礎上有效地拓寬，以實現學生學習上質的飛躍——超越教材、超越課堂，真正達到學為我用的目的。

拓展1：碳酸鈣懸濁液滴加酚酞后加熱，紅色會變深嗎？

對于上述問題很多老師認為紅色會加深，理由如下：

（1） 隨著溫度的升高，碳酸鈣的溶解度會增大，溶液中碳酸根離子濃度增大。

（2） 隨著溫度的升高，碳酸根離子的水解度會增大，溶液中氫氧根離子濃度增大，從而導致濁液的堿性增加，因此紅色會加深。

實驗5：在試管中加入少量碳酸鈣，并加入2mL水，振蕩搖勻，制成碳酸鈣的懸濁液，在試管中滴加2滴酚酞，濁液變紅，如果將溶液加熱，紅色逐漸變淡。

這是什么原因造成的呢？根據文獻知碳酸鈣溶解度數據如下：

通過表3可知，碳酸鈣的溶解度是隨著溫度的升高而降低的。影響溶液堿性強弱的因素有兩個，一是碳酸根離子的濃度，二是碳酸根離子的水解度，當溫度變化時，這兩個因素中碳酸根離子濃度的影響是主要因素，因此碳酸鈣懸濁液滴加酚酞后加熱，會出現紅色變淡的情況。

拓展：2：為什么碳酸鈣高溫會分解，而碳酸鈉卻很難分解

一般堿金屬碳酸鹽具有較高的熱穩定性，堿土金屬碳酸鹽不穩定，按下式分解：MCO3MO（s）+CO2（g）↑。這是什么原因呢？碳酸鹽的熱穩定性我們可用離子極化觀點來說明：在MCO3中，既存在中心C原子對周圍O2-的作用，也存在M2+對O2-的作用。

陽離子半徑愈小，極化力愈強，愈容易從CO32-中奪取O2-，成為MO。同時放出CO2，表現為MCO3的熱穩定性愈低，最易發生分解。部分碳酸鹽的分解溫度如下：

另一方面，陽離子所帶的電荷數越高，極化力愈強，離子+2價的堿土金屬離子，電荷較高，極化力強于同周期的堿金屬離子。碳酸鈉高于1000℃時會分解，當溫度高于1200℃時也只是部分分解。可見碳酸鈉的熱穩定性非常高。

四、教學的反思

現在很多年輕教師對教材的研究很膚淺，筆者認為教師對教材知識的研究分四個層次，第一層次是“是什么”，第二層次是“為什么”，第三層次是“怎么辦”，第四層次是“還有什么”。筆者以苯酚的化學性質為例：第一層次是“苯酚有哪些物理和化學性質”，第二層次是“苯酚和苯化學性質相比，為什么容易發生取代，為什么具有弱酸性，為什么不能使紫色石蕊試劑變色等”，第三層次是“如何利用苯酚的性質分離苯和苯酚”，第四層次是“苯酚具有還原性，是否可以發生銀鏡反應，過量的濃溴水能不能將苯酚氧化等”。不少年輕教師對教材知識點的研究僅限于“是什么”和“怎么辦”。課堂教學時只注重外在的形式，有精美的課件，有生動的表情，有師生的互動，但研究討論的知識只是蜻蜓點水，這樣的課堂教學感覺缺乏內涵，沒有深度。有些課堂教學則太功利，純粹的講和練，一切都是為了提高分數。

筆者希望我們教學不要太浮躁、太功利，教師應該加強對教材的研究，敢于質疑，勤于探究，讓課堂教學充滿好奇和理性的光輝。

參考文獻

[1] Handbook of Chemistry and Physics[M]. 1982-1983：B-242，D-173