初中化学论文

新课程中“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应”的实验探究

摘要：在探究教学中，我们自制了“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应”微型实验装置，并引

导学生对CO2的制取、收集、CO2与NaOH溶液反应的定性和定量等方面进行实验探究和理论

分析，使学生体验化学研究过程，激发学习化学的兴趣，较好地探索和验证了二氧化碳与氢

氧化钠溶液反应的机理。

关键词：新课程；二氧化碳；氢氧化钠；实验探究；理论分析

1前言

从2004年秋开始，化学学科的新课程实验已在广东省全面如火如荼推行。其要旨是：

“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究过程，激发学习化学的兴趣，

强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力”[1]。兔子头简笔画 而新课

程实验的成败关键在于与新课程结构配套的教学改革的探索。本文以初中教材中常见的“二

氧化碳”内容为例展开讨论。

“二氧化碳”的内容是初中化学教程的重头戏，它是酸性氧化物的典型代表。《义务教

育课程标准实验教科书化学》（九年级）在编排二氧化碳上，改变了以往只重知识，不重过

程的编排原则，以全新的“科学探究”形式呈现，非常符合科学的探究原则。可惜教材对它

的介绍不多，并且分散，学生对CO2的认识较肤浅，许多学生以为“CO2通入NaOH溶液中只

与NaOH反应”。以下“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应”实验探究将有助于帮助学生加深认识，

理解问题的实质。

2实验探究一------CO2能否与NaOH反应

2．1实验用品

分液漏斗或长颈漏斗1个、锥形瓶1个、洗气瓶2个、集气瓶2个、干燥管1个、玻璃片2

片、水槽1个、导管若干、稀硫酸、稀盐酸、大理石、碳酸氢钠溶液、氢氧化钠、浓硫酸

2．2实验装置

2.3装置的优点

（1）实验装置简单，操作简便，课前准备好制取CO2的药品和仪器，课上只需操作分液漏

斗或长颈漏斗即可得干燥的二氧化碳A和湿润的二氧化碳B，所有的现象明显直观，既可作

定性说明，又可作定量测定。

（2）实验装置密闭，气体不易扩散到空气中，不易造成散失，通过调节分液漏斗或长颈漏

斗还可控制反应。

（3）实验成功率高，需时较少，容易观察，容易调动学生的探究兴趣和积极性。

2．4实验步骤与现象

（1）按安全生产金点子 上图所示连接好装置，并检查装置的气密性；

（2）在各仪器中加入相应的药品，打开活塞，待气体均吉他一弦 匀产生后，分别收集一瓶干燥的二

氧化碳A和湿润的二氧化碳B；

（3）取两勺氢氧化钠固体迅速加入到干燥的二氧化碳A和湿润的二氧化碳B中，振荡，发

现瓶A外壁无明显变化，瓶B外壁发热；

（4）过一会儿，分别向两瓶中滴加稀盐酸，瓶A外壁发热，瓶B外壁发热并有气泡产生。

2．5实验结论

NaOH与干燥的二氧化碳在有限的时间内几乎觉察不到发生反应（反应速度很慢），但与

潮湿的二氧化碳却能很快观察到发生了放热反应。

3实验探究二------CO2与NaOH溶液反应

引言：往500毫升装满CO2软塑料瓶中加入50mLNaOH溶液后，盖上瓶盖，用力振荡，

发现瓶子变瘪。那么是CO2与NaOH发生了反应？还是CO2与水反应造成的变瘪？为此我们进

行了以下实验探究。

已知：298K，1L水中溶1.45g（约0.33mol）CO2，但并非溶解的CO2都与水反应生成H2CO3，

转变的只有1~4%[2]。

3．1实验用品

软的纯净水塑料瓶（500毫升）两个带盖儿、两个小药瓶（代替胶头滴管）韭菜炒腊肉 、两个注射器、

小烧杯、氢氧化钠溶液、稀盐酸、浓盐酸、澄清的石灰水

3．2实验装置

组成说明：取两个500毫升的相同的软质纯净水塑料瓶，用热的铁钉在瓶塞上打孔（用

来插滴管即小药瓶用）

3.3装置的优点

（1）利用日常生活中的废旧用品设计实验，达到实验目的，又遵循了实验改进的科学性、

实用性，简约性，安全性。

（2）实验装置简单，现象明显，从中较易地得出实验探究结论。

水

3．4实验步骤与现象

（1）、用塑料瓶收集好两瓶（500毫升）的CO2并验满。

（2）、分别盖好瓶盖儿，一瓶盖儿上装的滴管里盛的是16毫升氢氧化钠的饱和溶液，另一

瓶盖儿的滴管里盛等量的水。

（3）、同时挤压两滴管后振荡两瓶，观察变瘪的程度。通过学生观察和分析得出是NaOH

与CO2发生了化学反应。教师引导学生猜想反应后的生成物，并设计实验进行验证

（4）、向更瘪的瓶子里用注射器加入适量的浓盐酸，振荡，待瓶子恢复原状后用注射器抽

取瓶内的气体，并将气体注入盛有石网线水晶头顺序 灰水的小烧杯里，观察现象。石灰水变浑浊，说明NaOH

溶液与CO2在一密闭容器内接触有碳酸盐生成，进一步证明了NaOH溶液与CO2发生了化学反

应。

3．5实验结论

1、通过对比实验从塑料瓶变瘪的程度，可知CO2与NaOH发生了反应。

4实验探究三------CO2与NaOH乙醇溶液反应

4．1实验用品

烧杯、玻璃棒、CO2发生器、试管、导管。96％酒精、氢氧化钠、盐酸、蒸馏水。

4.2实验目的

探究CO2能否与NaOH反应生成盐和水这一反应规律。

4.3实验步骤现象

（1）、称取2克氢氧化钠放于烧怀，加进60毫升96％酒精，不断搅拌，使成饱和氢氧

化钠酒精溶液，贮入试剂瓶备用。

（2）、取3毫升饱和氢氧化钠酒精溶液于试管，通入CO2，则产生白色沉淀。

（3）、将上述生成物分装于两试管，一管中加入少量蒸馏水，振荡，沉淀溶解；另一试

管中滴另一试管中滴加盐酸，产生CO2气体，用点燃的火柴伸入试管，火焰熄灭来验证。

4．4实验结论

1、通过实验得出，CO2与NaOH发生了反应有碳酸钠生成。

5结果与理论分析

5．1热力学讨论

为了证明CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O在常温下能自发进行，现从热力学角度进行理论分

析和和讨论。

附表298K,101Kpa时相关物质的热力学函数

物质

-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条件下，对下面反应：

CO2(g)+2NaOH(s)=Na2CO3(s)+H2O(l)①

根据吉布斯-赫姆霍兹公式△G=△H－T△S，可计算各热力学值如下：

△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

根据热力学数据计算分析可知：二氧化碳与氢氧化钠在常温条件下能自发进行的放热反

应。

那么，为什么NaOH与干燥的二氧化碳几乎觉察不到反应，而它与潮湿的二氧化碳的反

应才明显呢？（见金枪不倒药 5.2节）

5．2实验现象差异的动力学解释[3]

通过热力学理论的计算，二氧化碳与氢氧化钠在常温条件下能自发进行的反应，那么为

什么会出现NaOH与干燥的二氧化碳几乎觉察不到反应，只有与潮湿的二氧化碳才发生放热

反应呢？其实，热力学只能告诉我们，在某种条件下变化是否能够发生，能进行到什么程度；

但不能告诉我们变化所需要的时间，变化发生的根本原因以及所经历的历程。

因为体系的热力学性质仅是状态的函数与路径无关，但动力学行为却与路径精密相关。

NaOH与干燥的二氧化碳的反应速度远比与潮湿的二氧化碳的慢，牵涉到他们走不同的路径，

因而反应动力学的表现不一样。

潮湿的二氧化碳中有水存在，容易引发下列分步反应：

CO2（g）+H2O（l）=H2CO3（aq）②

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

两合反应并可得到：

CO2（g）+2NaOH（aq）=Na2CO3（s）+H2O（l）④

注意到在与潮湿的二氧化碳反应体系中，NaOH存在为NaOH（aq）状态，而小学三年级手抄报 在与干燥的

二氧化碳反应体系中，NaOH存在为NaOH（s）,二者状态不同。所以，反应④与5．1节讨论

的反应①，实质上反应体系是不一样的，所以二者的△G值也是不同的。由于缺少NaOH（aq）

状态的相关数据，无法直接计算反应④的△G值，我们暂且不去理会它；而且在这里，动

力学的因素显然要比热力学因素的影响要大。

由于在潮湿的二氧化碳反应体系中，把原来气、固异相的、较为困难的反应（CO2气态

分子与NaOH固态分子的有效碰撞而引致反应的效率是不高的）转化为相对较为容易的②、

③分步反应，特别是反应③为溶液均相中和反应，效率很高（均相中和反应一般瞬时可以完

成）。即是潮湿的二氧化碳反应体系的反应动力学路径较干燥的二氧化碳反应体系为优，这

样一来，在潮湿的二氧化碳反应体系中，形成反应④所需要的活化能应该比反应①（在干燥

的二氧化碳反应体系中）要低得多，所以前者反应就显得容易、快速得多。

6结束语

探究式教学是化学教学的新亮点，近两年来，我们结合素质教育、研究性学习和新课程

实验，积极开展探究性学习，特别是开展探究性实验，大大调动了学生学习的积极性，体味

探究，体味知识的获得过程和方法。长期以来，在我们对CO2与NaOH溶液反应教学探究中，

我们体会到：知识来源于实践，只有科学地实践，敏锐地观察，大胆地创新，丰富地想象，

逻辑地推理，科学的本质才可以在我们的大脑中形成，也才会有探究成功所带来的喜悦。

参考文献

[1]义务教育课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2006年。

[2]无机化学[M].北京：高等教育出版社，1981年：576。

[3]谢丹敏.氧化钙与二氧化碳反应的实验探索与理论分析.中学化学教学参考[J].2008，

（7）：44.

[4]刘知新.化学教学论[M].北京：高等教育出版社，1990年。

[5]义务教育课程标准实验教科书化学（九年级）[M].北京：人民教育出版社，2006年4

月。