氢氧化钠固体变质的实验探究

氢氧化钠固体变质的实验探究教学设想:本课围绕氢氧化钠固体或溶液变质的问题，引导学生派生出“它是否变质？变成了什么的物质？如何检验烧碱固体或溶液是部分变质还是全部变质？如果变质,如何将杂质除去?如果变质,变质的程度是多少?”通过这些真实问题的解决，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。教学目标: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，并且可以复习巩固酸碱盐的部分化学性质和学会一些除杂的方法。培养学生综合化学方程式计算的能力。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。教学过程: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。如果是氢氧化钠溶液久置在空气中也会与空气中的CO2反应而变质。创设情境，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？怎么检验是否变质？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如果变质，变质后质量怎么变化？⑥如果变质，变质程度是多少？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，最后以兴趣小组活动的方式开展实验探究。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+CO2==Na2CO3+H2O）设计实验：因为变质后生成了Na2CO3，所以是否变质关键就是是否含有Na2CO3。根据Na2CO3和NaOH的性质区别，如何使用不同类型的试剂（如酸碱盐）来加以鉴别。如果是用酸，因为碳酸盐能与酸反应生成气体，现象为产生气泡，而氢氧化钠不能。例如：可用稀盐酸、稀硫酸或醋酸等等。如果是用碱，某些碱能和碳酸盐反应生成沉淀，而氢氧化钠不能。例如：氢氧化钡或氢氧化钙。如果是用盐，某些盐能和碳酸盐生成沉淀，而氢氧化钠不能。例如氯化钡或氯化钙。完成实验：操作现象1.分别取少量密封良好的NaOH固体和敞口放置的NaOH固体于试管中，加水溶解（作比较）得到无色透明溶液2.用滴管分别向上述溶液中滴加鉴别的所需的各试种剂学生纪录所产生的现象分析总结：从实验现象上分析固体变质生成了碳酸钠，所以氢氧化钠变质了。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CO32-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固体于试管中，加入一定量的盐酸，塞上带导管的单孔塞。固体消失有大量气泡产生2.将气体导入装澄清石灰水的试管中。澄清石灰水变浑浊分析总结：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CO32-，即NaOH变质后变为了Na2CO3。第三兴趣小组问题三：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），但也可能是全部变质。设计实验：因为部分NaOH固体变为NaOH和Na2CO3的混合物，全部变质就只有Na2CO3，所以只要通过实验证明其中含有NaOH即可。反思：这个地方是难点，有些学生会错误的认为可以用酚酞就可以了，因为全部变质就没有氢氧化钠，溶液就不呈碱性，如果部分变质有氢氧化钠，溶液呈碱性。就要对学生指出，碳酸钠溶液也是呈碱性的，不管有没有变质，溶液都呈碱性，所以不可以用酚酞。因此，要检验有氢氧化钠，必须先除去碳酸钠，如果溶液还显碱性，那么肯定是含氢氧化钠。但是在除去碳酸钠的同时不能引进新的碱性的物质，否则就不能确定是氢氧化钠使得溶液呈碱性。例如：Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl，将Na2CO3除去，此步骤中不可加Ca(OH)2或Ba(OH)2，否则影响后续测定。因为加Ca(OH)2或Ba(OH)2的话会生成氢氧化钠，那么检验出来碱性，就不能说明是原来固体中有氢氧化钠，有可能是生成的。完成实验：操作现象1取一定量的变质的NaOH固体于试管中加水使其全部溶解得到无色溶液2.向上述溶液中滴加氯化钙或硝酸钡溶液，至不再产生沉淀为止有白色沉淀生成3.将2中的溶液静置后，取上层清液于另一支试管中，滴加几滴无色酚酞。无色酚酞变红或不变红分析总结：根据滴加无色的酚酞是否变红，得出其中是否含有NaOH，从而确定是部分变质还是全部变质。第四兴趣小组问题四：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CO32-即可。完成实验：操作现象1.将部分变质的NaOH固体倒入烧瓶中，加水使其全部溶解。无色溶液2.向烧杯中加入氢氧化钡溶液，或澄清的饱和石灰水直至不再产生沉淀为止。白色沉淀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：除杂不能引进新的阴离子，所以一般采用碱。例如：加入Ca(OH)2或Ba(OH)2（Na2CO3+Ca(OH)2==CaCO3↓+2NaOH，Na2CO3+Ba(OH)2==BaCO3↓+2NaOH），然后过滤除去沉淀，得到的无色滤液即为较纯净的NaOH溶液。如果要得到固体，再结晶，即可。（不可加盐酸，因为HCl不仅能与Na2CO3反应，也会消耗掉NaOH，而且还会生成氯化钠，引进新的杂质；也不可加CaCl2或Ba(NO3)2溶液，这样会产生新的杂质NaCl或NaNO3。第五兴趣小组问题五：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m1（连同NaOH固体）。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（排除是吸水增加的质量）、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m2。分析总结：由上述称量数据可知，变质前后，其质量发生改变，m2m1。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。第六兴趣小组问题六：NaOH固体变质了多少，即变质程度。设计实验：先称取一定量的NaOH样品（杂质为Na2CO3）,配成溶液，然后向溶液中逐渐滴加某质量分数的稀盐酸,可根据用去的盐酸的量测定碳酸钠的质量，也可根据生成CO2的质量测定Na2CO3的质量。测定二氧化碳的质量可以用测体积的方法（如果用排水法，应该用油封水，防止CO2溶于水而损失。），也可以用氢氧化钠的溶液吸收（吸收前后的质量差即是二氧化碳的质量，也可以根据质量守恒定律，反应前后的总质量差，就是二氧化碳的质量（但是要保证盐酸过量，否则会结果偏小的）。或者，先称取一定里的NaOH样品（杂质为Na2CO3）,配成溶液，然后向溶液中逐渐滴加含钙离子或钡离子的溶液，然后过滤得到沉淀，称量沉淀的质量，求出碳酸钠的质量。.从而进一步确定样品中NaOH的变质程度。设计意图：是为考试中的一些计算题做准备。但是这个实验比较复杂，所以可以由老师代为演示。或者，可以画出实验装置图，来加以分析。联系中考：例题1：研究性学习课题：探究实验室中久置的NaOH的变质程度。[研究方案]先称取13.3克的NaOH样品（杂质为Na2CO3）,配成溶液，然后向溶液中逐渐滴加质量分数为14.6%的稀盐酸,根据生成CO2的质量测定Na2CO3的质量.从而进一步确定样品中NaOH的变质程度。[解决问题]实验测得加入稀盐酸的质量与产生CO2气体的质量关系如右图所示。填写下表：（计算结果保留小数点后一位）m(CO2)/g2.20255075m(盐酸)/gNaCO3质量/g变质NaOH的质量/gNaOH变质的程度（用质量分数表示）NaCO3质量/g变质NaOH的质量/gNaOH变质的程度（用质量分数表示）计算样品中碳酸钠的质量，变质的氢氧化钠的质量，氢氧化钠的变质程度。[继续探究]计算实验过程中与NaOH反应消耗盐酸的质量。[发现问题]根据“与NaOH反应消耗盐酸的质量”，对照图象，你发现了什么问题？例题2：小刚在化学实验室发现，盛放NaOH溶液的试剂瓶瓶口和橡皮塞上出现了白色粉末。小刚叫来小军和小红，共同探究这种白色粉末的成分。他们依据所学的化学知识，对这种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与Na2CO3的混合物。查阅资料发现：Na2CO3溶液呈碱性，能使酚酞试液变红；常用BaCl2溶液来检验CO32-的存在。为了验证猜想，他们分别做了下面的实验。（1）小刚取少量白色粉末，滴加稀盐酸，有气体生成。由此小刚认为白色粉末是Na2CO3。请判断小刚所得结论是否正确，并简述理由：___________________________________________________________________________。（2）小军取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞试液，溶液变成红色。由此小军认为白色粉末是NaOH。请判断小军所得结论是否正确，并简述理由：_________________________________________________。（3）小红取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加BaCl2溶液，有白色沉淀产生。由此判断白色粉末中含有_________。为了验证猜想③，小红继续向溶液中滴加BaCl2溶液至不再产生沉淀，然后过滤。你认为她接下来还应进行的实验是_________；在小红所做的实验中，若把BaCl2溶液换成Ba(OH)2溶液是否可行？请简述理由__________________________。教学随笔：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。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