获奖论文2：探究 CO2与NaOH能否发生化学反应的实验设计
探究 CO 2与NaOH 能否发生化学反应的实验设计
洛阳市五十八中学 黄青立 135********
CO 2与Ca(OH)2溶液反应有沉淀生成，而与NaOH 溶液反应无现象，那么CO 2与NaOH 溶液是不是确实发生了反应？对于这种无现象的反应能不能设计出一些实验，使反应产生一些现象，从而直观地证明两者发生了反应？如：颜色变化，沉淀生成，气泡冒出，水位上升等等。基于以上问题的提出，为中考命题提供了丰富的素材，关于证明二氧化碳和氢氧化钠溶液发生化学反应的问题，在近几年的中考试题中屡有呈现。虽然在各地中考中呈现的形式有所不同，但多以实验方案的设计与完善为主导方向。
一、完美实验探究方案的设计：
判断化学反应发生的依据是是否生成新物质，利用这个原理，只需选择合适的试剂来证明反应后的溶液中有碳酸钠的存在，即可间接证明CO 2与NaOH 确实发生了化学反应（如右上图）。
选择的试剂 反应现象 实验备注
稀盐酸（稀硫
酸）
产生气泡
滴加的酸必须足量，防止如果有氢氧化钠剩余，滴加少 量的酸溶液无明显现象。
澄清石灰水 出现白色沉淀
氢氧化钡溶液也可以观察到同样的实验现象 Na 2CO 3 + Ba(OH)2 = BaCO 3↓ + 2 NaOH 氯化钡溶液 出现白色沉淀
硝酸钡溶液也可以观察到同样的实验现象
Na 2CO 3 + Ba(NO 3)2 = BaCO 3↓ + 2 NaNO 3
不可以选择钙盐，防止Ca 2+与OH —结合成微溶性的 Ca(OH)2，也会观察到白色沉淀。
以上实验涉及的反应方程式主要有：
2 NaOH+CO 2=Na 2CO
3 + H 2O Na 2CO 3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO 2↑+ H 2O Na 2CO 3 + Ca(OH)2 = CaCO 3↓ + 2 NaO H Na 2CO 3 + BaCl 2 = BaCO 3↓ + 2 NaCl
二、瑕疵实验探究方案的设计：
瑕疵实验探究方案的设计基本上是以CO 2与NaOH 溶液反应后气体消失或容器内压强的减小为理论依据。这类设计方案最突出的问题就是没有考虑到二氧化碳的溶解性：1体积水中可以溶解1体积的二氧化碳。当然，这也为对实验方案的质疑和完善埋下了伏笔。对于此类实验方案的完善，只需将NaOH 溶液换成等量的水进行对比实验即可。 当然，也可以针对氢氧化钠和二氧化碳反应后会生成碳酸钠，在酸、碱、盐中选取一种
NaOH 溶液
CO 2
稀盐酸或 氢氧化钙或 氯化钡溶液
反应后
溶液
合适的试剂检验Na 2CO 3的存在。
（1）气体消失型实验方案
CO 2气体通入NaOH 溶液后，如果在导管的另一端没有CO 2气体导出，也可以证明CO 2气体被NaOH 溶液吸收了。根据这样的原理，可以设计如右图实验装置。
利用该装置进行实验时，要控制气流的速度不要过快，在Ca(OH)2溶液中不会看到变混浊的现象，由此可以得出NaOH 溶液与CO 2气体发生了化学反应。但是由于NaOH 溶液中有水，而水也可以吸收CO 2气体，因此，上述图示中的实验设计存在不足，还需要将装置内的NaOH 溶液换成等量的水进行对比实验。 （2）压强减小型实验方案
NaOH 溶液吸收CO 2气体后，装置内的压强会减小，利用反应前后装置内压强的变化，可以设计出很多种类的实验装置（见表1）来证明CO 2气体与NaOH 溶液发生了化学反应。但这类实验装置同样存在不足，都需要做与水的对比实验。 表1 利用压强原理设计的实验装置和实验现象
图一
图二
图三
图四
装置
现象 试管内液面上升
鸡蛋被吸进瓶内
小气球胀大 软塑料瓶变形
图五
图六
图七
图八
装置
现象 导管口出现气泡
水被倒吸入锥形瓶
水被倒吸入圆底烧瓶，形成喷泉
热水重新沸腾
NaOH 溶液 CO 2
光滑玻璃片
注：其中类似图三的装置还有：图9、图10、图11，类似于图六的装置还有图12。
例：化学课上，老师将CO 2分别通入澄清石灰水和氢氧化钠溶液中，我们观察到前者变浑，后者没有明显现象，CO 2和 NaOH 是否发生了化学反应呢？甲、乙两同学设计了右图所示的A 、B 两个实验来验证，观察到现象是：装置A 软塑料变扁，装置B 活塞向上运动。
（1）甲同学认为这两个实验都可行，其反应原理都可以用化学方
程式表示为 。 （2）乙同学提出了质疑，他认为这两个实验都不能证明使容器内压强变小的原因是CO 2与NaOH 反应，还是CO 2溶于水，甲同学认为可以补充一个实验来回答该问题，该实验是 。（只利用A 装置―矿泉水瓶进行）
解析：甲、乙两同学都是利用压强的变化进行的实验设计，对
于此类的设计共同的不足就是忽视了实验的严谨性，对于探究性试验，在实验的设计上必须充分考虑对实验结果产生影响的所有可能因素，也只有这样的设计才更有说服力和科学性。
答案：（1） CO 2+2NaOH=Na 2CO 3+H 2O
（2）做个对比实验：取两个同样大的矿泉水瓶充满CO 2后，注入同体积的水和NaOH 溶液盖上瓶盖振荡，比较两矿泉水瓶变瘪的程度等。
结束语：对于探究 CO 2与NaOH 能否发生化学反应的实验设计方案众多，形式各异，但不论是基于何种原理，都不能忽视实验的严谨性，并由此推广到其他探究性试验中，比如：中和反应的是否发生、探究铁生锈的条件、 酸碱盐溶液的化学性质由哪种微粒体现等等，在实验方案的设计上，必须充分考虑到对实验结果产生影响的所有可能因素，也只有这样的设计才更有说服力和科学性。
CO 2
NaOH 浓溶液
12
红墨水
CO 2
NaOH 浓溶液
10
气球
CO 2
空气球
NaOH 溶液
11
NaOH 溶液
CO 2
9
充满CO 2 的气球