氢氧化钠固体变质的实验探究

探究目的

进一步深化氢氧化钠与二氧化碳反应的性质及相关物质的性质和转化关系的认识。

培养学生运用知识解决实际问题的能力和进行科学探究的方法与实验探究的能力。

激发学生开展科学探究和学习化学的兴趣。

探究方法

创设情境、兴趣引导、分组实验探究。

教学设计

教学过程

大家都知道，NaOH固体易潮解，NaOH溶液又能与CO₂发生反应生成Na₂CO₃和H₂O，而空气中不仅含有CO₂，还有水蒸气。某校实验员在准备学生活动与探究的药品时，配制完NaOH溶液后，将一瓶未用完的NaOH固体忘了盖上试剂瓶盖，两天后，实验员发现瓶中出现了大量的白色粉末。

于是我在第二天上课时把这瓶敞口放置了两天的NaOH展示给学生观察，观察完后学生对这瓶敞口放置的NaOH固体产生了浓厚的兴趣，提出了各种各样的问题：①这瓶NaOH固体是否变质了？②如果变质了，变成了什么物质？③这瓶NaOH固体是否全部变质了？④如果未全部变质，如何除去杂质得到较纯净的NaOH？⑤变质前后，其质量有没有变化？……

点评:

真实的问题情景是激发探究兴趣的最好方式，也是诱发探究问题的源泉，有了问题才能进行探究，而真实的问题情景则必须源于学生的学习和学生的生活，贴近学生生活的材料，学生更容易对它产生兴趣。就像上述情景材料，对于一个教师由于疏忽而导致的后果，学生自然很感兴趣，而且每个人都想用自己的方法来证明这种错误行为所导致的后果，于是便有了上面的这些问题和下面的这些实验探究。

探究过程：针对上述问题，把对同一问题感兴趣的学生分为一组，各组根据各自选定的一个问题先共同设计实验探究的方案，包括：提出的问题、做出的假设（包含理由）、实验的设计（包含实验原理、操作以及实验预期的现象或结果），然后将设计交给我审阅，最后利用一个合适的时间以兴趣小组活动的方式开展实验探究。

点评:对“问题”做出的假设和猜想，不能是漫无边际的胡思乱想，这些假设和猜想都必须建立在学生目前所具备的知识的基础上，因此学生在进行假设和猜想时教师要做一些有意识的引导，给学生确定一个大致的方向，避免盲目性。因此在猜想和假设后面应让学生说明做出这个假设和猜想的依据，它可以是学生已有的知识，也可以是学生在学习或生活中的经验。而实验方案的设计应根据所学的知识设计合理、可行、简便的实验方案，再经过缜密的实验和细致地观察，从而找出有力的证据，为自己的假设和猜想提供佐证或者做出合理的解释。因此在进行实验探究之前教师有必要对学生的设计过目，只要不涉及到实验安全等危险后果的，教师不要过多干预和修改学生的方案。

第一兴趣小组

问题一：这瓶NaOH固体是否变质？

猜想与假设：这瓶NaOH固体已经变质。（根据氢氧化钠的性质，NaOH固体易潮解，然后会与空气中的二氧化碳反应：即2NaOH＋CO₂Na₂CO₃＋H₂O）

设计实验：因为NaOH溶液显碱性，能使无色的酚酞变红，因此只需取少量固体，配成溶液滴加无色酚酞、观察，即可证明。

完成实验：

操作 现象

1.分别取少量密封良好的NaOH 得到无色透明溶液

固体和敞口放置的NaOH固体

于试管中，加水溶解。

2.用滴管分别向上述溶液中滴加 溶液都变红

2～3滴酚酞试液。

分析、结论：从实验现象上分析两支试管内无色酚酞都变为红色，说明溶液仍显碱性，NaOH可能没有变质。

反思：以上现象和结论与课本涉及的NaOH的性质有矛盾，难道敞口放置的NaOH真的没有变质？还是变质后生成的Na₂CO₃溶液也能使无色酚酞变红？

查阅资料，收集证据：查阅化学教材下册第十一单元《盐、化学肥料》，Na₂CO₃溶液也显碱性。原来如此，看来要证明NaOH在空气中是否变质，利用其碱性还不行，得证明其生成物Na₂CO₃的存在才行。

再设计实验：根据碳酸盐的性质，与酸反应会生成CO₂，而NaOH与酸反应不会生成CO₂。

再进行实验：

操作 现象

1.取密封良好的NaOH固体少 白色块状固体

量于试管（1）中。

2.再取少量该NaOH固体于试 该固体为白色粉末

管（2）中。

3.分别向试管中加入稀盐酸。 （2）中有大量气泡产生

再分析做出结论：由于反应有大量气泡产生，说明该瓶NaOH已经变质，假设实验结果相符。

点评:在探究活动中要善于对探究的全过程进行反思，如实验中出现的异常现象，实验中值得再探究的新问题，实验失败的原因等，并将这些问题与同学进行交流，取长补短，为今后的探究积累更多有用的经验。同时由于学生知识的准备并不是十分充分，在探究中难免会遇到一些障碍，会产生畏难情绪，那么这时老师的引导就显得尤其重要。第一小组在这里就遇到了一道坎，Na₂CO₃溶液的酸碱性不知道，而且这瓶氢氧化钠是不是完全变质也不得而知，如果没有完全变质，其中的氢氧化钠也会使酚酞试液变为红色，因此，在这时老师给予恰当的引导，会使学生感到柳暗花明、信心百倍。

第二兴趣小组

问题二：如果变质了，变成了什么物质？

猜想与假设：NaOH在空气中变质后，变成了Na₂CO₃（因为2NaOH＋CO₂==Na₂CO₃＋H₂O）。

设计实验：根据含CO₃^2-的物质的特性，加入酸后能产生一种能使澄清石灰水变浑浊的气体，即

Na₂CO₃＋2HCl==2NaCl＋H₂O＋ CO₂↑

CO₂＋Ca(OH)₂== CaCO₃↓＋H₂O

完成实验：

操作 现象

1.取敞口放置的NaOH固体于试管 固体消失

中，加入一定量的盐酸，塞上带导

管的单孔塞。

2.将气体导入装澄清石灰水的试 有大量气泡产生

管中。澄清石灰水变浑浊

分析作结：根据上述现象，说明产生了CO₂，也就说明固体物质的组成中含有CO₃^2-，即NaOH变质后变为了Na₂CO₃。

第三兴趣小组

问题三：NaOH固体变质前后，其质量有无变化？

猜想与假设：变质前后，其质量有变化。（因为NaOH变质为Na₂CO₃，物质发生改变，物质质量也会发生相应改变）。

设计实验：用托盘天平测定变质前后，NaOH和Na₂CO₃的质量即可。

完成实验：

1.取一定质量的密封良好的NaOH，放入一洁净干燥的蒸发皿内，盖上表面皿。

2.将蒸发皿放到托盘天平上，称得其质量（连同NaOH固体）为m₁=24.3 g。

3.取下表皿面，将其露置于空气中一段时间，NaOH固体先变潮，最后变为白色粉末。再将蒸发皿置于酒精灯火焰上加热，将水分蒸干、冷却。

4.将冷却后的蒸发皿，盖上表面皿，再放到托盘天平上称量，称得其质量为m₂=27.0 g。

分析结论：由上述称量数据

可知，变质前后，其质量发生改变，增加了2.7 g。由2NaOH＋CO₂==Na₂CO₃＋H₂O中NaOH与Na₂CO₃的质量比可知：每80份NaOH完全变质为Na₂CO₃，质量增加：106-80=26份。因此，测定结果真实。变质前后，物质的质量发生改变。

第四兴趣小组

点评:在此问题的探究中，试剂的选择很重要，如果选择不当很可能会得出一个相反的结论，当出现这种情况后，教师应当引导学生从所加试剂发生反应的结果去分析，从而引导学生找出恰当的试剂。

问题四：如果变质，那是全部变质还是部分变质呢？

猜想与假设：由于只是放置了一段时间，有可能是部分变质（因为空气中CO₂的体积分数只有0.03%，含量毕竟很少）。

设计实验：因为只是部分变质，即部分NaOH固体变为Na₂CO₃，因而瓶中的固体为NaOH和Na₂CO₃的混合物，只要通过实验证明其中含有NaOH即可。

完成实验：

操作 现象

1.取一定量的变质的NaOH固体于试 得到无色溶液

管中加水使其全部溶解。

2.向上述溶液中滴加CaCl₂和Ba(NO₃)₂ 有白色沉淀生成

溶液，至不再产生沉淀为止。

3.将2中的溶液净置后，取上层清液于另 无色酚酞变红

一支试管中，滴加几滴无色酚酞。

分析：

1.NaOH和Na₂CO₃均溶于水，故显无色溶液；

2.Na₂CO₃＋ CaCl₂=CaCO₃↓＋2NaCl，将Na₂CO₃除去，此步骤中不可加Ca(OH)₂，否则影响后续测定。

3.无色的酚酞变红，说明其中含有NaOH，因为NaCl不能使酚酞变色。

结论：该瓶NaOH只是部分变质（若无色酚酞不变色，则说明已全部变质）。

第五兴趣小组

问题五：既然该瓶NaOH已经变质，还能使用吗？

猜想与假设：还能使用（只要想办法除去其中已变质的部分Na₂CO₃，就能再使用）。

设计实验：由于NaOH和Na₂CO₃在组成上的不同，可加某种试剂除去其中的CO₃^2-即可。

完成实验：

操作 现象

1.将部分变质的NaOH固体倒 无色溶液

入烧瓶中，加水使其全部溶解。

2.向烧杯中加入Ba(OH)₂溶液， 白色沉淀

或澄清的饱和石灰水直至不再产生沉淀为止。

3.将2中溶液静置后过滤。 沉淀留在滤纸上得无色滤液

分析结论：

2中：NaCO₃＋Ca(OH)₂==CaCO₃↓＋2NaOH（不可加盐酸，因为HCl不仅能与Na₂CO₃反应，也会消耗掉NaOH；也不可加CaCl₂或Ba(NO₃)₂溶液，这样会产生新的杂质NaCl或NaNO₃）

3中：滤去沉淀后的无色滤液即为较纯净的NaOH溶液。

点评

本课围绕氢氧化钠固体变质的问题，引导学生派生出“它是否变质？变成了什么的物质？变质前后的质量有无变化？全部变质还是部分变质呢？已经变质的氢氧化钠，还能使用吗？”等系列问题，让学生兴趣小组设计实验进行探究。活动中学生积极性高，思维活跃，设计出了较多精彩的实验方案，在老师和同学的帮助下，学生自己解决了提出的问题。通过这个真实问题的解决，学生的自我探究和综合应用知识的能力进一步得到了发展，使学生再一次经历科学探究的一般过程和方法的锻炼，培养了学生尊重事实的科学态度。