探究氢氧化钠溶液与二氧化碳的反应

河北省霸州市第八中学 杨海燕

探究氢氧化钠溶液与二氧化碳的反应

河北省霸州市第八中学 杨海燕

一、发现问题

小明学习了碱的化学性质后，知道二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水。但在“探究酸和碱的性质”的实验课上，他向氢氧化钠溶液中通入二氧化碳时并没有看到明显的现象。小明感到非常困惑，究竟该如何证明二氧化碳与氢氧化钠溶液能发生反应呢？

二、分组设计实验方案

针对小明提出的问题，老师提示说：“对于无明显实验现象的化学反应，可以从证明反应物消失和有新物质生成两个角度入手，设计有明显现象的实验间接证明该反应发生。”于是有同学说：“可以向氢氧化钠溶液中滴加几滴酚酞溶液，再通入二氧化碳，如果红色消失，证明二氧化碳与氢氧化钠溶液能发生化学反应。”但又有同学反驳说：“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成的碳酸钠溶液也显碱性，因此红色不会褪去，这个方案不可行。”

最终同学们讨论交流后得出两种方案：1.通过证明反应物二氧化碳减少来证明二氧化碳与氢氧化钠溶液能发生化学反应；2.通过证明新物质碳酸钠生成来证明二氧化碳与氢氧化钠溶液能发生化学反应。

老师肯定了同学们设计实验方案的依据，并组织同学们分组设计具体实验方案。

实验效果图Ⅰ

三、交流实验方案

同学们受到“测定空气里氧气的含量”实验中，利用反应后密闭装置中的气压减小来测定氧气含量的方法的启发，决定通过“二氧化碳与氢氧化钠溶液在密闭装置中发生反应后，二氧化碳气体减少且无气体生成，密闭装置中气压减小”的现象，来证明反应物二氧化碳参与了反应，从而间接证明二氧化碳与氢氧化钠溶液能发生化学反应。由此，同学们分组设计了如下实验方案：

方案一：把充满二氧化碳的试管倒扣在氢氧化钠溶液中，过一段时间后，观察现象。

方案二：向一个充满二氧化碳的软塑料瓶中倒入氢氧化钠溶液，盖好瓶盖，振荡，观察现象。

方案三：把带有分液漏斗和玻璃管（下端系一个气球）的双孔橡胶塞与收集满二氧化碳气体的集气瓶组装好，然后把分液漏斗中的氢氧化钠溶液滴入集气瓶中，振荡，观察现象。

方案四：把带有分液漏斗和玻璃管的双孔橡胶塞与盛满二氧化碳气体的集气瓶组装好，玻璃管的另一端用带有止水夹的橡胶管连接另一玻璃导管，玻璃导管的一端伸入盛有水的烧杯中，向分液漏斗中加入氢氧化钠溶液，然后把分液漏斗中的氢氧化钠溶液滴入集气瓶中，振荡，打开止水夹，观察现象。

同学们在交流实验方案时，有同学认为二氧化碳能溶于水，也能使密闭装置中的压强减小，且以上四个实验中用到的氢氧化钠溶液中都有水，故实验方案不严密。老师提示说：“1体积水只能溶解1体积的二氧化碳，但同体积的氢氧化钠溶液与二氧化碳反应时消耗的二氧化碳更多，故密闭装置中的压强减小的程度不同。”同学们听了老师的提示，改进了实验方案，在以上四个实验中均采用对照实验，用和氢氧化钠溶液等体积的蒸馏水与氢氧化钠溶液做对比，排除氢氧化钠溶液中的水能吸收二氧化碳的干扰。

实验效果图Ⅱ

设计证明有新物质碳酸钠生成的实验方案时，同学们考虑到碳酸钠溶液与氢氧化钠溶液的本质区别是碳酸根离子与氢氧根离子的不同，故加入的试剂与碳酸钠和氢氧化钠反应的现象应不同。结合所学的酸碱盐之间的反应，利用碳酸钠能与酸、碱、盐三种不同类别的物质反应设计实验方案。通过讨论交流同学们认为：氢氧化钠溶液与稀盐酸、稀硫酸反应无明显现象，碳酸钠溶液与足量的稀盐酸、稀硫酸反应有气泡冒出；氢氧化钠溶液与碱溶液不反应，碳酸钠溶液与氢氧化钙溶液反应生成白色沉淀；氢氧化钠溶液与氯化钙溶液、氯化钡溶液不反应，碳酸钠溶液与氯化钙溶液、氯化钡溶液反应生成白色沉淀。由此，同学们分组设计了如下实验方案：

方案五：取少量氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后的所得溶液于试管中，加入足量的稀盐酸，观察现象。

方案六：取少量氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后的所得溶液于试管中，滴加澄清石灰水，振荡，观察现象。

方案七：取少量氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后的所得溶液于试管中，滴加氯化钙溶液，振荡，观察现象。

同学们从反应物二氧化碳减少和新物质碳酸钠生成两个角度设计改进后的实验方案得到了老师的肯定。

四、分组实验验证

验证密闭装置中的二氧化碳减少的各对比实验的过程和现象分别如下：

方案一：把两支充满二氧化碳的试管分别倒扣在氢氧化钠溶液和等量的蒸馏水中，过一段时间后，观察到两支试管中的液面都上升，但倒扣在氢氧化钠溶液中的试管中的液面上升更迅速，且液面上升得比倒扣在蒸馏水中的试管中的高。

方案二：分别向两个相同的充满二氧化碳的软塑料瓶中倒入相同体积的氢氧化钠溶液和蒸馏水，盖好瓶盖，振荡，观察到倒入氢氧化钠溶液的软塑料瓶迅速变瘪，而倒入蒸馏水的软塑料瓶过一会儿才变瘪，且变瘪的程度比倒入氢氧化钠溶液的要差。

方案三：把两套装置的分液漏斗中等量的氢氧化钠溶液和蒸馏水分别滴入盛有二氧化碳的集气瓶中，振荡，观察到滴入氢氧化钠溶液的集气瓶中的气球迅速变大，而滴入蒸馏水的集气瓶中的气球变大得慢且变大得小。

方案四：把两套装置的分液漏斗中等量的氢氧化钠溶液和蒸馏水滴入盛有二氧化碳的集气瓶中，振荡，打开止水夹后，观察到烧杯中的水被吸入集气瓶中，但滴入氢氧化钠溶液的集气瓶中吸入的水多。

通过上述四个对比实验，在排除二氧化碳溶于水的干扰的前提下，都有明显的现象证明密闭装置中的气压减小，即反应物二氧化碳减少，进而证明氢氧化钠溶液与二氧化碳发生了反应。

证明有新物质碳酸钠生成的实验中，按照方案五、六、七进行实验，向氢氧化钠溶液与二氧化碳反应后的溶液中分别滴入足量的稀盐酸、澄清石灰水、氯化钙溶液（即酸、碱、盐三种不同类别的物质），观察到滴入足量稀盐酸后有大量气泡产生，滴入澄清石灰水、氯化钙溶液后都有白色沉淀生成。通过这些明显的现象证明新物质碳酸钠的确存在，进而证明氢氧化钠溶液与二氧化碳发生了反应。

五、得出结论

通过反应物二氧化碳的减少和新物质碳酸钠的生成证明氢氧化钠溶液和二氧化碳能发生化学反应。