初中化學論文

新課程中“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應”的實驗探究

摘要：在探究教學中，我們自制了“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應”微型實驗裝置，并引

導學生對CO2的制取、收集、CO2與NaOH溶液反應的定性和定量等方面進行實驗探究和理論

分析，使學生體驗化學研究過程，激發學習化學的興趣，較好地探索和驗證了二氧化碳與氫

氧化鈉溶液反應的機理。

關鍵詞：新課程；二氧化碳；氫氧化鈉；實驗探究；理論分析

1前言

從2004年秋開始，化學學科的新課程實驗已在廣東省全面如火如荼推行。其要旨是：

“通過以化學實驗為主的多種探究活動，使學生體驗科學研究過程，激發學習化學的興趣，

強化科學探究的意識，促進學習方式的轉變，培養學生的創新精神和實踐能力”[1]。兔子頭簡筆畫 而新課

程實驗的成敗關鍵在于與新課程結構配套的教學改革的探索。本文以初中教材中常見的“二

氧化碳”內容為例展開討論。

“二氧化碳”的內容是初中化學教程的重頭戲，它是酸性氧化物的典型代表。《義務教

育課程標準實驗教科書化學》（九年級）在編排二氧化碳上，改變了以往只重知識，不重過

程的編排原則，以全新的“科學探究”形式呈現，非常符合科學的探究原則。可惜教材對它

的介紹不多，并且分散，學生對CO2的認識較膚淺，許多學生以為“CO2通入NaOH溶液中只

與NaOH反應”。以下“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應”實驗探究將有助于幫助學生加深認識，

理解問題的實質。

2實驗探究一------CO2能否與NaOH反應

2．1實驗用品

分液漏斗或長頸漏斗1個、錐形瓶1個、洗氣瓶2個、集氣瓶2個、干燥管1個、玻璃片2

片、水槽1個、導管若干、稀硫酸、稀鹽酸、大理石、碳酸氫鈉溶液、氫氧化鈉、濃硫酸

2．2實驗裝置

2.3裝置的優點

（1）實驗裝置簡單，操作簡便，課前準備好制取CO2的藥品和儀器，課上只需操作分液漏

斗或長頸漏斗即可得干燥的二氧化碳A和濕潤的二氧化碳B，所有的現象明顯直觀，既可作

定性說明，又可作定量測定。

（2）實驗裝置密閉，氣體不易擴散到空氣中，不易造成散失，通過調節分液漏斗或長頸漏

斗還可控制反應。

（3）實驗成功率高，需時較少，容易觀察，容易調動學生的探究興趣和積極性。

2．4實驗步驟與現象

（1）按安全生產金點子 上圖所示連接好裝置，并檢查裝置的氣密性；

（2）在各儀器中加入相應的藥品，打開活塞，待氣體均吉他一弦 勻產生后，分別收集一瓶干燥的二

氧化碳A和濕潤的二氧化碳B；

（3）取兩勺氫氧化鈉固體迅速加入到干燥的二氧化碳A和濕潤的二氧化碳B中，振蕩，發

現瓶A外壁無明顯變化，瓶B外壁發熱；

（4）過一會兒，分別向兩瓶中滴加稀鹽酸，瓶A外壁發熱，瓶B外壁發熱并有氣泡產生。

2．5實驗結論

NaOH與干燥的二氧化碳在有限的時間內幾乎覺察不到發生反應（反應速度很慢），但與

潮濕的二氧化碳卻能很快觀察到發生了放熱反應。

3實驗探究二------CO2與NaOH溶液反應

引言：往500毫升裝滿CO2軟塑料瓶中加入50mLNaOH溶液后，蓋上瓶蓋，用力振蕩，

發現瓶子變癟。那么是CO2與NaOH發生了反應？還是CO2與水反應造成的變癟？為此我們進

行了以下實驗探究。

已知：298K，1L水中溶1.45g（約0.33mol）CO2，但并非溶解的CO2都與水反應生成H2CO3，

轉變的只有1~4%[2]。

3．1實驗用品

軟的純凈水塑料瓶（500毫升）兩個帶蓋兒、兩個小藥瓶（代替膠頭滴管）韭菜炒臘肉 、兩個注射器、

小燒杯、氫氧化鈉溶液、稀鹽酸、濃鹽酸、澄清的石灰水

3．2實驗裝置

組成說明：取兩個500毫升的相同的軟質純凈水塑料瓶，用熱的鐵釘在瓶塞上打孔（用

來插滴管即小藥瓶用）

3.3裝置的優點

（1）利用日常生活中的廢舊用品設計實驗，達到實驗目的，又遵循了實驗改進的科學性、

實用性，簡約性，安全性。

（2）實驗裝置簡單，現象明顯，從中較易地得出實驗探究結論。

水

3．4實驗步驟與現象

（1）、用塑料瓶收集好兩瓶（500毫升）的CO2并驗滿。

（2）、分別蓋好瓶蓋兒，一瓶蓋兒上裝的滴管里盛的是16毫升氫氧化鈉的飽和溶液，另一

瓶蓋兒的滴管里盛等量的水。

（3）、同時擠壓兩滴管后振蕩兩瓶，觀察變癟的程度。通過學生觀察和分析得出是NaOH

與CO2發生了化學反應。教師引導學生猜想反應后的生成物，并設計實驗進行驗證

（4）、向更癟的瓶子里用注射器加入適量的濃鹽酸，振蕩，待瓶子恢復原狀后用注射器抽

取瓶內的氣體，并將氣體注入盛有石網線水晶頭順序 灰水的小燒杯里，觀察現象。石灰水變渾濁，說明NaOH

溶液與CO2在一密閉容器內接觸有碳酸鹽生成，進一步證明了NaOH溶液與CO2發生了化學反

應。

3．5實驗結論

1、通過對比實驗從塑料瓶變癟的程度，可知CO2與NaOH發生了反應。

4實驗探究三------CO2與NaOH乙醇溶液反應

4．1實驗用品

燒杯、玻璃棒、CO2發生器、試管、導管。96％酒精、氫氧化鈉、鹽酸、蒸餾水。

4.2實驗目的

探究CO2能否與NaOH反應生成鹽和水這一反應規律。

4.3實驗步驟現象

（1）、稱取2克氫氧化鈉放于燒懷，加進60毫升96％酒精，不斷攪拌，使成飽和氫氧

化鈉酒精溶液，貯入試劑瓶備用。

（2）、取3毫升飽和氫氧化鈉酒精溶液于試管，通入CO2，則產生白色沉淀。

（3）、將上述生成物分裝于兩試管，一管中加入少量蒸餾水，振蕩，沉淀溶解；另一試

管中滴另一試管中滴加鹽酸，產生CO2氣體，用點燃的火柴伸入試管，火焰熄滅來驗證。

4．4實驗結論

1、通過實驗得出，CO2與NaOH發生了反應有碳酸鈉生成。

5結果與理論分析

5．1熱力學討論

為了證明CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O在常溫下能自發進行，現從熱力學角度進行理論分

析和和討論。

附表298K,101Kpa時相關物質的熱力學函數

物質

-1

△fGm

-1

Sm

-1.K-1

CO2(g)-393.51-394.36213.74

NaOH(s)-425.61-379.5064.46

Na2CO3(s)-1130.68-1044.44134.98

H2O(l)-285.83-237.1369.91

在298K,101Kpa條件下，對下面反應：

CO2(g)+2NaOH(s)=Na2CO3(s)+H2O(l)①

根據吉布斯-赫姆霍茲公式△G=△H－T△S，可計算各熱力學值如下：

△H=（Na2CO3）+（H2O）－（CO2）－2（NaOH）=(-1130.68)

+(-285.83)－(-393.51)－2(-425.61)=－-1

△S=Sm

（Na2CO3）+Sm

（H2O）－Sm

（CO2）－2Sm

（NaOH）

=134.98+69.91－213.74－264.46=－

-1.K-1

=－

-1.K-1

△G=△H－T△S=－171.78－298(－0.1378)

=－

-1<0

或△G=△fGm（Na2CO3）+△fGm（H2O）－△fGm（CO2）－2△fGm（NaOH）

=(-1044.44)+(-237.13)－(-394.36)－2(-379.50)

=－

-1<0

根據熱力學數據計算分析可知：二氧化碳與氫氧化鈉在常溫條件下能自發進行的放熱反

應。

那么，為什么NaOH與干燥的二氧化碳幾乎覺察不到反應，而它與潮濕的二氧化碳的反

應才明顯呢？（見金槍不倒藥 5.2節）

5．2實驗現象差異的動力學解釋[3]

通過熱力學理論的計算，二氧化碳與氫氧化鈉在常溫條件下能自發進行的反應，那么為

什么會出現NaOH與干燥的二氧化碳幾乎覺察不到反應，只有與潮濕的二氧化碳才發生放熱

反應呢？其實，熱力學只能告訴我們，在某種條件下變化是否能夠發生，能進行到什么程度；

但不能告訴我們變化所需要的時間，變化發生的根本原因以及所經歷的歷程。

因為體系的熱力學性質僅是狀態的函數與路徑無關，但動力學行為卻與路徑精密相關。

NaOH與干燥的二氧化碳的反應速度遠比與潮濕的二氧化碳的慢，牽涉到他們走不同的路徑，

因而反應動力學的表現不一樣。

潮濕的二氧化碳中有水存在，容易引發下列分步反應：

CO2（g）+H2O（l）=H2CO3（aq）②

H2CO3（aq）+2NaOH（aq）=Na2CO3（s）+2H2O（l）③

兩合反應并可得到：

CO2（g）+2NaOH（aq）=Na2CO3（s）+H2O（l）④

注意到在與潮濕的二氧化碳反應體系中，NaOH存在為NaOH（aq）狀態，而小學三年級手抄報 在與干燥的

二氧化碳反應體系中，NaOH存在為NaOH（s）,二者狀態不同。所以，反應④與5．1節討論

的反應①，實質上反應體系是不一樣的，所以二者的△G值也是不同的。由于缺少NaOH（aq）

狀態的相關數據，無法直接計算反應④的△G值，我們暫且不去理會它；而且在這里，動

力學的因素顯然要比熱力學因素的影響要大。

由于在潮濕的二氧化碳反應體系中，把原來氣、固異相的、較為困難的反應（CO2氣態

分子與NaOH固態分子的有效碰撞而引致反應的效率是不高的）轉化為相對較為容易的②、

③分步反應，特別是反應③為溶液均相中和反應，效率很高（均相中和反應一般瞬時可以完

成）。即是潮濕的二氧化碳反應體系的反應動力學路徑較干燥的二氧化碳反應體系為優，這

樣一來，在潮濕的二氧化碳反應體系中，形成反應④所需要的活化能應該比反應①（在干燥

的二氧化碳反應體系中）要低得多，所以前者反應就顯得容易、快速得多。

6結束語

探究式教學是化學教學的新亮點，近兩年來，我們結合素質教育、研究性學習和新課程

實驗，積極開展探究性學習，特別是開展探究性實驗，大大調動了學生學習的積極性，體味

探究，體味知識的獲得過程和方法。長期以來，在我們對CO2與NaOH溶液反應教學探究中，

我們體會到：知識來源于實踐，只有科學地實踐，敏銳地觀察，大膽地創新，豐富地想象，

邏輯地推理，科學的本質才可以在我們的大腦中形成，也才會有探究成功所帶來的喜悅。

參考文獻

[1]義務教育課程標準（實驗）[M].北京：人民教育出版社，2006年。

[2]無機化學[M].北京：高等教育出版社，1981年：576。

[3]謝丹敏.氧化鈣與二氧化碳反應的實驗探索與理論分析.中學化學教學參考[J].2008，

（7）：44.

[4]劉知新.化學教學論[M].北京：高等教育出版社，1990年。

[5]義務教育課程標準實驗教科書化學（九年級）[M].北京：人民教育出版社，2006年4

月。