酸的共性實驗中“異常現象”的研究與對策

浙江省湖州市長興縣小浦鎮中學 鄭國海

《科學》是以實驗為基礎的一門學科，實驗教學是訓練學生的觀察能力、思維能力和分析能力，培養學生學會科學實驗的方法，從而達到提高其綜合素質的目的。前蘇聯教育學家蘇霍姆林斯基說：“讓學生體驗到一種自己在親身參與掌握知識的情感，乃是喚起少年特有的對知識興趣的重要條件。”但在實際的教學中，有些實驗事與愿違，特別是有些化學實驗，會出現一些意想不到的現象，在現有的學生認知條件下很難解釋，使得有些教師害怕做實驗，害怕不成功，只好用口頭講述或視頻代替演示實驗，雖然也能完成教學任務，但效果沒有老師一步一步演示來得直觀有效。

浙江教育出版社出版《科學》，九年級上第一章中探究酸的共性實驗中一共提到酸的五種性質，其中在以鹽酸為例演示酸與氧化銅反應實驗時，反應后試管中可能會出現綠色而不是預期藍色的異常現象，鹽酸和氫氧化鈉反應時，在氫氧化鈉中滴加酚酞試液后，試液紅色會褪去或紅色變淺的異常現象，在變淺的溶液中滴加鹽酸時顏色先變得更紅再褪色的異常現象。這些異常現象激起了我的好奇心，是什么原因導致這些異常現象呢？

經過一系列的實驗和查找資料，我得出這些異常現象與鹽酸的濃度和所用物質的量有關，如果不注意反應物的濃度會出現一些我們都無法和學生解釋清楚的現象。這些“異常現象”所涉及的知識超出了初中生認知的范圍，會對我們的教學產生干擾，無法完成教學任務。我經過多次實驗，最后總結出鹽酸與相關反應物的濃度和用量，使教師在實驗教學中少走彎路。

一、鹽酸與氧化銅反應的實驗探索

教材中只給出稀鹽酸和少量氧化銅反應，并觀察反應現象，在實際操作中，我按照書本上的要求，發現反應后，并沒有出現預期的藍色，而是綠色，回想以前也做過這個實驗，藍色也不明顯，到底是什么原因呢？難道是氧化銅太多了？還是由于酸的原因呢？我查了相關的資料，無水氯化銅呈棕黃色，很濃的氯化銅溶液呈黃綠色，濃溶液呈綠色，稀溶液呈藍色，而實驗室用的就是氯化銅的稀溶液，所以實驗室的氯化銅溶液都呈藍色。為什么濃溶液會出現綠色呢？原來在稀溶液中銅離子和水反應生成【Cu（HO）】配合離子，這種絡合物的顏色是藍色的，也是銅離子的顏色，如果鹽酸的濃度過大，溶液中的氯離子的多了，有些【Cu（HO）】配合離子就變成了[CuCl]配合離子，而[CuCl]是黃色的，這兩種物質在溶液中會使溶液變成藍綠色甚至綠色，知道了原因后，我就思考，沒有出現藍色的原因可能是鹽酸的濃度過大造成的，如果和鹽酸的濃度有關，那么究竟多少濃度的鹽酸和氯化銅反應能看到預期的藍色呢？我帶著這個問題開始了我的探究之路。

首先我配置了10%、5%、1%濃度的鹽酸溶液備用（如圖1），分別和足量的氧化銅反應觀察顏色（如圖2）。發現氧化銅和10%鹽酸溶液反應時，溶液的顏色明顯呈深綠色，氧化銅與5%鹽酸反應時，溶液的顏色為藍綠色，與1%鹽酸溶液反應時，溶液的顏色為淡藍色。經過多次的實驗都得到相同的實驗現象，我得出氧化銅與鹽酸反應后的顏色與鹽酸的濃度有關。到底濃度為多大時效果最明顯呢？既然5%時，已經出現了綠色，所以鹽酸的濃度要小于5%，

圖1

圖2

于是，我又配置了2%、3%、4%的三種種鹽酸溶液，再次做實驗對比（如圖3）。與3%的鹽酸反應顏色呈現明顯的藍色，與4%的鹽酸反應后的溶液顏色藍色更深，也是很明顯的，但與5%的鹽酸反應后的溶液顏色就呈綠色了，就看不出藍色了，在與鹽酸濃度2%反應后的溶液藍色稍淡，但也可以看出明顯的藍色，與鹽酸濃度為1%的溶液反應后藍色較淡。經過多次的實驗我得出鹽酸與氧化銅反應，鹽酸的最佳濃度為3%左右。那么是否可以控制氯化銅的量也能達到目的呢？于是，我對書本上“向盛有少量的氧化銅粉末的試管中加入兩毫升鹽酸”中“少量的氧化銅”又進行了實驗，是否只要是少量的氧化銅與鹽酸反應就呈現藍色呢？分別取米粒那么大的氧化銅粉末分別和10%、7%、5%的鹽酸反應（圖4）。氧化銅均反應完，發現用少量氧化銅和10%的鹽酸反應溶液顏色明顯呈綠色，與7%的鹽酸反應溶液顏色也呈綠色但比10%的淡一點，與5%反應的溶液顏色呈綠色和藍色之間，藍色不明顯且較淡，多次實驗還是這個現象。以上實驗說明了氧化銅和鹽酸反應出現綠色的現象是鹽酸濃度過大引起的。但為何還要“少量”呢？原來用較多的氧化銅反應會發現未反應完的氧化銅使得整個溶液呈現黑色，

圖3

圖4

要等幾分鐘才能等到未反應的圖氧化銅沉淀下來，才能看到藍色的現象，這樣既浪費了藥品，又耽誤了教學時間，那么教材上少量的氧化銅到底是多少為宜呢？我分別取黃豆粒那么大的氧化銅，半粒黃豆那么大的氧化銅，和三分之一黃豆粒那么大的氧化銅分別和4毫升的3%的鹽酸反應（如圖5），觀察現象（如圖6），黃豆那么大的氧化銅明顯多了，有很多未反應完，要等幾分鐘才能等到未反應的氧化銅沉淀下來，半粒黃豆大的氧化銅還有少量的氧化銅未反應，三分之一黃豆大的氧化銅基本反應完，所以氧化銅還是要盡量的少，以不超過半粒黃豆那么大一點或米粒那么大點為宜。

圖5

圖6

二、鹽酸和氫氧化鈉反應

鹽酸與堿發生中和反應時，教材中取3毫升氫氧化鈉稀溶液，各滴一滴酚酞試液，再分別向試管中滴加稀鹽酸溶液，邊滴邊振蕩觀察現象。在一次的教學演示實驗中，我向盛有氫氧化鈉溶液中滴加了酚酞，看到了紅色，我并沒有馬上滴入鹽酸，而是講解為什么要滴入酚酞這一轉化法的思想，等我想滴入鹽酸時，試管中的紅色變得很淡了，這一奇怪的現象激了我的好奇心，難道酚酞試液變質了嗎？我又重新做了實驗，滴入酚酞試液，這次我馬上滴加鹽酸完成了教材中的實驗，課后，我對課堂上實驗中紅色慢慢褪去的現象查閱了相關資料。找出了這種異常現象的原因。酚酞是一種有機弱酸，它在酸性溶液中，H濃度較高時，形成無色分子。但隨著溶液中H濃度的減小，OH濃度的增大，酚酞結構發生改變，并進一步電離成紅色離子，在pH＜8.2的溶液里為無色的內酯式結構，當pH＞8.2時為紅色的醌式結構。酚酞的醌式或醌式酸鹽，在堿性介質中很不穩定，它會慢慢地轉化成無色羧酸鹽式；遇到較濃的堿液，會立即轉變成無色的羧酸鹽式。所以，酚酞試劑滴入到濃堿溶液時，酚酞開始變紅，很快紅色褪去變成無色。由此我得出紅色漸漸褪去的原因是我滴加的氫氧化鈉溶液太濃了，那么實驗中的氫氧化鈉的濃度為多少時才不會褪去呢？我又開始探索氫氧化鈉的濃度和褪色情況。首先我配置了20%、10%、5%的三種氫氧化鈉溶液，分別取4毫升倒入試管，每支試管中滴入兩滴酚酞試液（如圖7），20%的氫氧化鈉溶液中酚酞試液幾乎是滴入5秒種就褪色了，10%的氫氧化鈉溶液中的酚酞在1分鐘內顏色也變淡了，4分鐘顏色完全褪去了，5%的氫氧化鈉溶液中的酚酞也變淡了，說明5%的溶液也濃了，于是，我分別配置了1%的、2%、3%的氫氧化鈉溶液滴入酚酞實驗（如圖8），滴入顏色都呈明顯的紅色，但也不能放很久，10分鐘后3%的氫氧化鈉溶液中的酚酞紅色也褪去了（如圖9），如果在教學中馬上滴加鹽酸做實驗是沒關系，如放置幾分鐘是不行的。如果用放置了幾分鐘的淡紅色溶液做實驗會出現隨著鹽酸的滴入，顏色先變得更紅再褪去的現象。這是因為先滴入的鹽酸反中和掉一部分的氫氧化鈉，使得氫氧化鈉的濃度降低，酚酞返回到醌式結構，紅色更明顯了。

圖7

圖8

圖9

綜合上述實驗我得出鹽酸和氫氧化鈉反應，氫氧化鈉的濃度要低于5%，因為教材中還有反應后用滴管吸取溶液滴在蒸發皿中在酒精燈上烘干觀察反應生成的鹽，所以濃度不能太稀，建議用4%的氫氧化鈉溶液為宜，否則用1%甚至更低的濃度做實驗也可以。所以教材中用“稀”的氫氧化鈉溶液是有道理的，只不過沒有說明濃度而已。

綜合以上實驗，我得出這些異常現象都是由于反應物的濃度和用量不當產生的，鹽酸與氧化銅反應鹽酸的濃度控制在3%，體積為4毫升左右，氧化銅不能太多，米粒那么大一點就行了，我建議以后實驗室是要配備容量更小的鑰匙，在取用像氧化銅、二氧化錳等少量藥品時更方便、更環保。中和反應中氫氧化鈉的濃度4%，并且滴入酚酞后盡早滴加鹽酸，時間不超過3分鐘，這幾點把握了，“異常現象”就不會出現了。實驗教學中我們要對實驗中出現的一些異常現象留意、研究、鉆研，只有這樣我們才能不斷成長，使我們的實驗教學大放光彩。