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氫氧化鈉固體變質(zhì)的實驗探究

教學設想:

本課圍繞氫氧化鈉固體或溶液變質(zhì)的問題，引導學生派生出“它是否變質(zhì)？變成了什么的物質(zhì)？如何檢驗燒堿固體或溶液是部分變質(zhì)還是全部變質(zhì)？如果變質(zhì),如何將雜質(zhì)除去?如果變質(zhì),變質(zhì)的程度是多少?”通過這些真實問題的解決，學生的自我探究和綜合應用知識的能力進一步得到了發(fā)展，使學生再一次經(jīng)歷科學探究的一般過程和方法的鍛煉。

教學目標:

進一步深化氫氧化鈉與二氧化碳反應的性質(zhì)及相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系的認識，并且可以復習鞏固酸堿鹽的部分化學性質(zhì)和學會一些除雜的方法。

培養(yǎng)學生綜合化學方程式計算的能力。

培養(yǎng)學生運用知識解決實際問題的能力和進行科學探究的方法與實驗探究的能力。

激發(fā)學生開展科學探究和學習化學的興趣。

探究方法:

創(chuàng)設情境、興趣引導、分組實驗探究。

教學過程:

NaOH固體易潮解，NaOH溶液又能與CO₂發(fā)生反應生成Na₂CO₃和H₂O，而空氣中不僅含有CO₂，還有水蒸氣。如果是氫氧化鈉溶液久置在空氣中也會與空氣中的CO₂反應而變質(zhì)。

創(chuàng)設情境，某校實驗員在準備學生活動與探究的藥品時，配制完NaOH溶液后，將一瓶未用完的NaOH固體忘了蓋上試劑瓶蓋，兩天后，實驗員發(fā)現(xiàn)瓶中出現(xiàn)了大量的白色粉末。于是我在第二天上課時把這瓶敞口放置了兩天的NaOH展示給學生觀察，觀察完后學生對這瓶敞口放置的NaOH固體產(chǎn)生了濃厚的興趣，提出了各種各樣的問題：①這瓶NaOH固體是否變質(zhì)了？②如果變質(zhì)了，變成了什么物質(zhì)？怎么檢驗是否變質(zhì)？③這瓶NaOH固體是否全部變質(zhì)了？④如果未全部變質(zhì)，如何除去雜質(zhì)得到較純凈的NaOH？⑤如果變質(zhì)，變質(zhì)后質(zhì)量怎么變化？⑥如果變質(zhì)，變質(zhì)程度是多少？

探究過程：針對上述問題，把對同一問題感興趣的學生分為一組，各組根據(jù)各自選定的一個問題先共同設計實驗探究的方案，包括：提出的問題、做出的假設（包含理由）、實驗的設計（包含實驗原理、操作以及實驗預期的現(xiàn)象或結(jié)果），然后將設計交給我審閱，最后以興趣小組活動的方式開展實驗探究。

第一興趣小組 

問題一：這瓶NaOH固體是否變質(zhì)？

猜想與假設：這瓶NaOH固體已經(jīng)變質(zhì)。（根據(jù)氫氧化鈉的性質(zhì)，NaOH固體易潮解，然后會與空氣中的二氧化碳反應：即2NaOH+CO₂== Na₂CO₃+H₂O）

設計實驗：因為變質(zhì)后生成了Na₂CO₃，所以是否變質(zhì)關(guān)鍵就是是否含有Na₂CO₃。根據(jù)Na₂CO₃和NaOH的性質(zhì)區(qū)別，如何使用不同類型的試劑（如酸堿鹽）來加以鑒別。如果是用酸，因為碳酸鹽能與酸反應生成氣體，現(xiàn)象為產(chǎn)生氣泡，而氫氧化鈉不能。例如：可用稀鹽酸、稀硫酸或醋酸等等。如果是用堿，某些堿能和碳酸鹽反應生成沉淀，而氫氧化鈉不能。例如：氫氧化鋇或氫氧化鈣。如果是用鹽，某些鹽能和碳酸鹽生成沉淀，而氫氧化鈉不能。例如氯化鋇或氯化鈣。

完成實驗：

分析總結(jié)：從實驗現(xiàn)象上分析固體變質(zhì)生成了碳酸鈉，所以氫氧化鈉變質(zhì)了。

第二興趣小組

問題二：如果變質(zhì)了，變成了什么物質(zhì)？

猜想與假設：NaOH在空氣中變質(zhì)后，變成了Na₂CO₃（因為2NaOH+CO₂== Na₂CO₃+H₂O）。

設計實驗：根據(jù)含CO₃^2-的物質(zhì)的特性，加入酸后能產(chǎn)生一種能使澄清石灰水變渾濁的氣體，即Na₂CO₃+2HCl==2NaCl+H₂O+CO₂↑，CO₂+Ca(OH)₂== CaCO₃↓+H₂O

完成實驗：

分析總結(jié)：根據(jù)上述現(xiàn)象，說明產(chǎn)生了CO₂，也就說明固體物質(zhì)的組成中含有CO₃^2-，即NaOH變質(zhì)后變?yōu)榱薔a₂CO₃。

第三興趣小組

問題三：如果變質(zhì)，那是全部變質(zhì)還是部分變質(zhì)呢？

猜想與假設：由于只是放置了一段時間，有可能是部分變質(zhì)（因為空氣中CO₂的體積分數(shù)只有0.03%，含量畢竟很少），但也可能是全部變質(zhì)。

設計實驗：因為部分NaOH固體變?yōu)镹aOH和Na₂CO₃的混合物，全部變質(zhì)就只有Na₂CO₃，所以只要通過實驗證明其中含有NaOH即可。

反思：這個地方是難點，有些學生會錯誤的認為可以用酚酞就可以了，因為全部變質(zhì)就沒有氫氧化鈉，溶液就不呈堿性，如果部分變質(zhì)有氫氧化鈉，溶液呈堿性。就要對學生指出，碳酸鈉溶液也是呈堿性的，不管有沒有變質(zhì)，溶液都呈堿性，所以不可以用酚酞。因此，要檢驗有氫氧化鈉，必須先除去碳酸鈉，如果溶液還顯堿性，那么肯定是含氫氧化鈉。但是在除去碳酸鈉的同時不能引進新的堿性的物質(zhì)，否則就不能確定是氫氧化鈉使得溶液呈堿性。

例如：Na₂CO₃+ CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，將Na₂CO₃除去，此步驟中不可加Ca(OH)₂或 Ba(OH)₂，否則影響后續(xù)測定。因為加Ca(OH)₂或 Ba(OH)₂的話會生成氫氧化鈉，那么檢驗出來堿性，就不能說明是原來固體中有氫氧化鈉，有可能是生成的。

完成實驗：

分析總結(jié)：根據(jù)滴加無色的酚酞是否變紅，得出其中是否含有NaOH，從而確定是部分變質(zhì)還是全部變質(zhì)。

第四興趣小組

問題四：既然該瓶NaOH已經(jīng)變質(zhì)，還能使用嗎？

猜想與假設：還能使用（只要想辦法除去其中已變質(zhì)的部分Na₂CO₃，就能再使用）。

設計實驗：由于NaOH和Na₂CO₃在組成上的不同，可加某種試劑除去其中的CO₃^2-即可。

完成實驗：

分析結(jié)論：除雜不能引進新的陰離子，所以一般采用堿。例如：加入Ca(OH)₂或Ba(OH)₂（Na₂CO3+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+2NaOH，Na₂CO₃+Ba(OH)₂==BaCO₃↓+2NaOH），然后過濾除去沉淀，得到的無色濾液即為較純凈的NaOH溶液。如果要得到固體，再結(jié)晶，即可。（不可加鹽酸，因為HCl不僅能與Na₂CO₃反應，也會消耗掉NaOH，而且還會生成氯化鈉，引進新的雜質(zhì)；也不可加CaCl₂或Ba(NO₃)₂溶液，這樣會產(chǎn)生新的雜質(zhì)NaCl或NaNO₃。

第五興趣小組

問題五：NaOH固體變質(zhì)前后，其質(zhì)量有無變化？

猜想與假設：變質(zhì)前后，其質(zhì)量有變化。（因為NaOH變質(zhì)為Na₂CO₃，物質(zhì)發(fā)生改變，物質(zhì)質(zhì)量也會發(fā)生相應改變）。

設計實驗：用托盤天平測定變質(zhì)前后，NaOH和Na₂CO₃的質(zhì)量即可。

完成實驗：

1.取一定質(zhì)量的密封良好的NaOH，放入一潔凈干燥的蒸發(fā)皿內(nèi)，蓋上表面皿。

2.將蒸發(fā)皿放到托盤天平上，稱得其質(zhì)量m₁（連同NaOH固體）。

3.取下表皿面，將其露置于空氣中一段時間，NaOH固體先變潮，最后變?yōu)榘咨勰?。再將蒸發(fā)皿置于酒精燈火焰上加熱，將水分蒸干（排除是吸水增加的質(zhì)量）、冷卻。

4.將冷卻后的蒸發(fā)皿，蓋上表面皿，再放到托盤天平上稱量，稱得其質(zhì)量m₂。

分析總結(jié)：由上述稱量數(shù)據(jù)可知，變質(zhì)前后，其質(zhì)量發(fā)生改變，m₂>m₁。由2NaOH+CO₂== Na₂CO₃+H₂O中NaOH與Na₂CO₃的質(zhì)量比可知：每80份NaOH完全變質(zhì)為Na₂CO₃，質(zhì)量增加：106-80=26份。因此，測定結(jié)果真實。變質(zhì)前后，物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生改變。

第六興趣小組

問題六：NaOH固體變質(zhì)了多少，即變質(zhì)程度。

設計實驗：先稱取一定量的NaOH樣品（雜質(zhì)為Na₂CO₃）,配成溶液，然后向溶液中逐漸滴加某質(zhì)量分數(shù)的稀鹽酸,可根據(jù)用去的鹽酸的量測定碳酸鈉的質(zhì)量，也可根據(jù)生成CO₂的質(zhì)量測定Na₂CO₃的質(zhì)量。測定二氧化碳的質(zhì)量可以用測體積的方法（如果用排水法，應該用油封水，防止CO₂溶于水而損失。），也可以用氫氧化鈉的溶液吸收（吸收前后的質(zhì)量差即是二氧化碳的質(zhì)量，也可以根據(jù)質(zhì)量守恒定律，反應前后的總質(zhì)量差，就是二氧化碳的質(zhì)量（但是要保證鹽酸過量，否則會結(jié)果偏小的）?；蛘?，先稱取一定里的NaOH樣品（雜質(zhì)為Na₂CO₃）,配成溶液，然后向溶液中逐漸滴加含鈣離子或鋇離子的溶液，然后過濾得到沉淀，稱量沉淀的質(zhì)量，求出碳酸鈉的質(zhì)量。.從而進一步確定樣品中NaOH的變質(zhì)程度。

設計意圖：是為考試中的一些計算題做準備。但是這個實驗比較復雜，所以可以由老師代為演示。或者，可以畫出實驗裝置圖，來加以分析。

聯(lián)系中考：

例題1：研究性學習課題：探究實驗室中久置的NaOH的變質(zhì)程度。

[研究方案]先稱取13.3克的NaOH樣品（雜質(zhì)為Na₂CO₃）,配成溶液，然后向溶液中逐漸滴加質(zhì)量分數(shù)為14.6%的稀鹽酸,根據(jù)生成CO₂的質(zhì)量測定Na₂CO₃的質(zhì)量.從而進一步確定樣品中NaOH的變質(zhì)程度。

[解決問題]實驗測得加入稀鹽酸的質(zhì)量與產(chǎn)生CO₂氣體的質(zhì)量

關(guān)系如右圖所示。填寫下表：（計算結(jié)果保留小數(shù)點后一位）

 m(CO2)/g 

2.2

      0    25     50     75   m(鹽酸)/g        

計算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，變質(zhì)的氫氧化鈉的質(zhì)量，氫氧化鈉的變質(zhì)程度。

[繼續(xù)探究]計算實驗過程中與NaOH反應消耗鹽酸的質(zhì)量。

[發(fā)現(xiàn)問題] 根據(jù)“與NaOH反應消耗鹽酸的質(zhì)量”，對照圖象，你發(fā)現(xiàn)了什么問題？

    例題2：小剛在化學實驗室發(fā)現(xiàn)，盛放NaOH溶液的試劑瓶瓶口和橡皮塞上出現(xiàn)了白色粉末。小剛叫來小軍和小紅，共同探究這種白色粉末的成分。

他們依據(jù)所學的化學知識，對這種白色粉末的成分作了如下猜想：①可能是NaOH；②可能是Na₂CO₃；③可能是NaOH與Na₂CO₃的混合物。

查閱資料發(fā)現(xiàn)：Na₂CO₃溶液呈堿性，能使酚酞試液變紅；常用BaCl₂溶液來檢驗CO₃^2-的存在。

為了驗證猜想，他們分別做了下面的實驗。

（1）小剛?cè)∩倭堪咨勰渭酉←}酸，有氣體生成。由此小剛認為白色粉末是Na₂CO₃。請判斷小剛所得結(jié)論是否正確，并簡述理由：_______________________________

____________________________________________。

（2）小軍取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞試液，溶液變成紅色。由此小軍認為白色粉末是NaOH。請判斷小軍所得結(jié)論是否正確，并簡述理由：_________________________________________________。

（3）小紅取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加BaCl₂溶液，有白色沉淀產(chǎn)生。由此判斷白色粉末中含有_________。為了驗證猜想③，小紅繼續(xù)向溶液中滴加BaCl₂溶液至不再產(chǎn)生沉淀，然后過濾。你認為她接下來還應進行的實驗是_________；在小紅所做的實驗中，若把BaCl₂溶液換成Ba(OH)₂溶液是否可行？請簡述理由__________________________。

教學隨筆：

真實的問題情景是激發(fā)探究興趣的最好方式，也是誘發(fā)探究問題的源泉，有了問題才能進行探究，而真實的問題情景則必須源于學生的學習和學生的生活，貼近學生生活的材料，學生更容易對它產(chǎn)生興趣。就像上述情景材料，對于一個教師由于疏忽而導致的后果，學生自然很感興趣，而且每個人都想用自己的方法來證明這種錯誤行為所導致的后果，于是便有了上面的這些問題和下面的這些實驗探究。

對“問題”做出的假設和猜想，不能是漫無邊際的胡思亂想，這些假設和猜想都必須建立在學生目前所具備的知識的基礎上，因此學生在進行假設和猜想時教師要做一些有意識的引導，給學生確定一個大致的方向，避免盲目性。因此在猜想和假設后面應讓學生說明做出這個假設和猜想的依據(jù)，它可以是學生已有的知識，也可以是學生在學習或生活中的經(jīng)驗。而實驗方案的設計應根據(jù)所學的知識設計合理、可行、簡便的實驗方案，再經(jīng)過縝密的實驗和細致地觀察，從而找出有力的證據(jù)，為自己的假設和猜想提供佐證或者做出合理的解釋。因此在進行實驗探究之前教師有必要對學生的設計過目，只要不涉及到實驗安全等危險后果的，教師不要過多干預和修改學生的方案。

在探究活動中要善于對探究的全過程進行反思，如實驗中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，實驗中值得再探究的新問題，實驗失敗的原因等，并將這些問題與同學進行交流，取長補短，為今后的探究積累更多有用的經(jīng)驗。同時由于學生知識的準備并不是十分充分，在探究中難免會遇到一些障礙，會產(chǎn)生畏難情緒，那么這時老師的引導就顯得尤其重要。第一小組在這里就遇到了一道坎，Na₂CO₃溶液的酸堿性不知道，而且這瓶氫氧化鈉是不是完全變質(zhì)也不得而知，如果沒有完全變質(zhì)，其中的氫氧化鈉也會使酚酞試液變?yōu)榧t色。

在問題的探究中，試劑的選擇很重要，如果選擇不當很可能會得出一個相反的結(jié)論。當出現(xiàn)這種情況后，教師應當引導學生從所加試劑發(fā)生反應的結(jié)果去分析，從而引導學生找出恰當?shù)脑噭?。因此，在這時老師給予恰當?shù)囊龑?，會使學生感到柳暗花明、信心百倍。

［例1］為了證明長期暴露在空氣中的氫氧化鈉已經(jīng)部分變質(zhì)，請分別選用三種不同物質(zhì)類別的試劑完成三種實驗方案的設計，并填寫實驗報告。

［解析］因為氫氧化鈉溶液長期暴露在空氣中會吸收CO₂而生成NaCO₃。CO₃^2－能與H^＋結(jié)合轉(zhuǎn)化為二氧化碳氣體，與Ca²⁺能生成不溶于水的CaCO₃沉淀。則答案是：

方案一：滴加適量鹽酸，有氣泡產(chǎn)生；

方案二：加入澄清石灰水，溶液變渾濁；

方案三：加入氯化鈣溶液，溶液變渾濁。

［點評］這是一道熱點試題，通過此題可以弄清鹽的化學性質(zhì)和碳酸根離子的鑒別方法。

要證明NaOH是否變質(zhì)，首先要知道NaOH會怎樣變質(zhì)，變質(zhì)后會生成一些什么樣的物質(zhì)。

NaOH在空氣中變質(zhì)，就必然要發(fā)生化學變化，空氣中的各種成分能與NaOH發(fā)生化學反應的就只有二氧化碳，反應方程式為：

2NaOH＋CO₂＝Na₂CO₃＋H₂O

所以NaOH變質(zhì)后生成酸是Na₂CO₃，要證明NaOH是否變質(zhì)就變成了證明，其中是否產(chǎn)生了碳酸鹽了。

鑒別碳酸鹽有兩種方法，一是產(chǎn)生氣體，二是生成沉淀。

產(chǎn)生氣體就必須加酸，酸與鹽的反應的考察融入其間。

NaCO₃＋2HCl＝2NaCl＋H₂O＋CO₂↑

生成沉淀有兩法，一是加堿，堿與鹽反應生成了另一堿和另一鹽。

NaCO₃＋Ca(OH)₂＝CaCO₃↓+NaOH

生成沉淀的另一種方法為加鹽，鹽與酸反應生成另兩鹽。

NaCO₃＋CaCl₂＝CaCO₃↓+2NaCl

 1.［北京市西城區(qū)中考題］某學生在家中建立了小小實驗室，他收集的物質(zhì)有：廚房中的醋精、純堿、高錳酸鉀、味精、食鹽，裝修剩下的大理石碎片、生石灰、以及銅絲、鐵絲、廢干電池等。利用以上物質(zhì)，你認為他能制出哪些新物質(zhì)？請寫出這些物質(zhì)的名稱（至少兩種）。

2.（宜昌市中考題）“旺旺雪餅”袋有一個小紙袋，上面寫著“干燥劑，主要成份為生石灰”。

①生石灰（CaO）可用作干燥劑的理由是（用化學方程式表示）

②我對它做了一系列探究，獲得較多收益，實驗方法如下：

［參考答案］

1、二氧化碳　　氧氣　　氫氣　　氫氧化鈉等

2、①CaO+H₂O=Ca(OH)₂；

②問題1：實驗現(xiàn)象：杯壁溫度沒有任何變化；

問題2：變質(zhì)后的物質(zhì)可能是CaCO₃；

實驗步驟：取少量粉末放入燒杯中，加入適量稀鹽酸；

實驗現(xiàn)象：有氣泡產(chǎn)生

實驗結(jié)論：變質(zhì)后的物質(zhì)可有是CaCO₃。

③其它合理問題都可以。

                                  北師大天津附中