从肥皂泡到水硬度

罗 鹏

（南京市临江高级中学 江苏 南京 211102）

一、问题的提出

现行的全国各套中学化学教材［1］中都提及到硬水和软水。教材还介绍了硬水的危害和软化方法。该教材内容生动有趣、贴近生活、密切联系化学学科知识。只可惜该部分知识没有配以实验，让学生获得感性的认识。本文是关于肥皂泡与水的硬度的趣味实验。

二、实验部分

如表1所示的实验步骤和实验结果。实验1-3、6需要使用50mL的试管。实验4、5需要使用磁子搅拌。

市售肥皂的水溶液浑浊，不容易看到实验过程中沉淀的形成。因此，我们添加0.04mol／L癸酸钠（由癸酸和NaOH 中和得到）。 其他的溶液包括：EDTA（0.03mol／L）、Na2CO3（0.02mol／L）、NaCl（0.02mol／L）、CaCl2／MgCl2混 合液 （各0.01mol／L）。本实验所用药品无毒无害，适合高中生动手操作。

表1 肥皂泡在不同溶液中的表现

三、结果与讨论

图1 将Na2CO3加入含有CaCl2／MgCl2混合液中的现象

图2 加入EDTA后，沉淀的溶解过程

实验1-3表明肥皂泡的起泡效果确实受到了Ca2+、Mg2+的干扰。那么我们的生活中的用水是否就绝对没有Ca2+、Mg2+呢？那么洗涤产品中的水软化剂到底是怎样作用的呢？出于这样的思考，笔者选用Na2CO3是模拟沉淀剂，EDTA模拟洗涤品中的软化剂。同时针对实验4-6抛出问题，引导学生思考：

（1）书写 Na2CO3与Ca2+、Mg2+的化学反应方程式。

（2）解释EDTA对前面反应产物的影响？试着解释EDTA的作用？

（3）在 NaCl和 CaCl2／MgCl2溶液中肥皂泡表现差异的原因？

（4）肥皂为什么不在海水中起泡？海水中有什么？

（5）Na2CO3的作用，模拟什么物质？

（6）解释洗涤液的添加软化剂的原因？［如：一些洗涤液中包含铝硅酸钠的添加剂，其化学式可写成xNa2O·Al2O3·ySiO2·zH20）。 主要作用是离子交换剂，因为其中的Na+不稳定，可以被交换出去。 ］［2-3］

（7）如果你是洗涤行业的专家，就水的硬度问题，在设计产品时需要注意哪些问题？

超过90%的学生能够理解Na2CO3对Ca2+、Mg2+的沉淀作用，并准确写出了Na2CO3与Ca2+、Mg2+的化学平衡反应方程式。通过Ca2+、Mg2+的添加，学生认识到肥皂不在海水中起泡是因为海水的硬度比一般的水质要大。然而对于EDTA能够使浊液溶解并产生泡沫感到惊奇并不可理解，有25%的学生认为是EDTA直接与Ca2+、Mg2+之间的络合。但事实上，EDTA作用是由于它能够与沉淀 CaCO3、MgCO3中的Ca2+、Mg2+离子形成可溶性络合物。同理，不难推测实验6中的现象，EDTA将不溶的脂肪酸盐转化为其可溶性的钠盐形式。

不难看出，学生能较好地运用以往知识来解释现有的现象，但对软化剂是什么，怎么作用并不了解，教师可以借洗涤液中的软化剂成分，对作用原理加以介绍，利用学生的兴趣引发他们对生活中的现象的深层次思考。综合来看，肥皂泡的起泡效果与水的硬度和洗涤剂的成分都有关系。

这个看似简单的试验结合了日常常见的生活现象，从肥皂泡引发的对于水硬度的思考引起了学生的广泛兴趣。这种使用安全、廉价的反应物和简单装置的实验，通过结合巧妙的教学设计能够引导学生进入更深层次的思考，不仅可以引发对化学原理的探讨，如配合物的形成、离子交换等知识；更能够激发学生思考更加广泛的问题，包括水体污染、饮用水的软化问题与方法、洗涤剂的研发等关于水的硬度的深层次的思考。实验的真实情景化教学与模拟实验相结合，突出实验原理教学，让实验教学不再局限于书本。

［1］ 王祖浩等.高中化学选修 1《化学与生活》［M］.南京：江苏教育出版社，2006

［2］ Yappert，M.C.；DuPre，D.B.J.Chem.Educ. ［J］.1997，74：1422-1423