对几个基础化学实验的分析及应用

时间：2024-05-04

李旭娃

摘要：对三个较特殊的基础化学实验作精准清晰的分析，并利用这三个实验的特点设置问题情境。通过启发引导，进行实验探究，巧妙地复习和巩固知识，揭示化学反应的不同本质。对化学实验教学中灵活处理某些问题作了较深入的分析与探索。

关键词：特殊实验；溶解平衡；操作顺序；浓度影响

文章编号： 10056629（2023）05006603

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

有些化学实验很特殊，其现象往往不便用所学知识来解释。对于这类实验，要抓住问题的关键，精准分析，使迷茫的问题清晰化。根据其特点巧妙地、针对性地运用于有关教学中，就会收到理想的效果。

1 应用溶解平衡知识的实验

学完了化学平衡和沉淀溶解平衡知识之后，为了使所学知识得到强化训练，设置一些问题情境，然后利用所学知识进行分析探究，使问题得到解决，从而达到对所学知识加以复习巩固和应用的目的。例如，以复分解反应的有关问题为线索，可以设置下列活动过程。

1.1 石灰水與氢氧化钠溶液的混合

设问：石灰水与氢氧化钠溶液能否发生反应？

学生很快做出判断：不符合复分解反应发生的条件，不会发生反应。

然后，通过化学实验，将“异常”、意外的实验现象展现出来，设置问题情境。

实验1 向一试管中加入2.0mL饱和澄清石灰水，再加入2.0mL 0.2mol·L-1的NaOH溶液，立即出现白色沉淀（浑浊）。

对此，学生感到很意外，这是为什么？经过分析探究得出，可能是由于NaOH与空气中的CO2生成了Na2CO3， Na2CO3再与Ca（OH）2反应生成了CaCO3白色沉淀。

为了验证这个问题，又进行了下列实验。

实验2 向实验1的试管中加入盐酸，沉淀很快溶解，但几乎看不到有气泡生成。

实验2说明，白色沉淀不是CaCO3。

设问：是不是向饱和澄清石灰水中加入任意浓度的NaOH溶液，都一定能出现白色沉淀？

实验3 向一试管中加入2.0mL饱和澄清石灰水，再加入2.0mL 0.010mol·L-1的NaOH溶液，没有白色沉淀析出。

实验1和实验3说明，向饱和澄清石灰水中加入NaOH溶液时，有无白色沉淀析出，与加入NaOH溶液的浓度有关。当浓度相对较大时，能析出白色沉淀，而当浓度相对较小时则不能。

那么，这种白色沉淀究竟是什么物质？为什么加入不同浓度的NaOH溶液时其情况不同？析出沉淀的过程是否发生了复分解反应？

这些问题，自然地会激发学生的求知欲望和探究欲望。

（1）当学生学习了影响化学平衡移动的条件之后，引导其运用化学平衡移动原理进行分析探究。

在澄清石灰水中存在平衡Ca（OH）2（s）Ca（OH）2（l）Ca2+（aq）+2OH-（aq）。当加入NaOH溶液之后，溶液的体积增大，Ca2+浓度一定减小，有使平衡右移的趋势。而OH-浓度的增减随着加入NaOH浓度的不同而不同。①当加入的NaOH溶液浓度相对较大时，OH-浓度增大，有使平衡左移的趋势。如果OH-浓度增大使平衡左移的趋势大于Ca2+浓度减小使平衡右移的趋势时，总体趋势是平衡左移，会有Ca（OH）2白色沉淀析出。反之，则不会析出。②当加入的NaOH溶液浓度相对较小时，如比饱和澄清石灰水中的OH-浓度还小，则OH-浓度减小，会使平衡右移。这样，Ca2+和OH-浓度的变化，都使平衡右移，就不会有Ca（OH）2白色沉淀析出。

（2）当学生学完溶度积知识之后，可以用溶度积规则进行分析探究［1］。

溶度积适用于解决难溶、微溶电解质的溶解问题。

由此可知，实验1中的白色沉淀是Ca（OH）2。向饱和澄清石灰水中加入NaOH溶液后，不论有无白色沉淀析出，都没有生成与Ca（OH）2和NaOH不同的物质，所以，析出白色沉淀的变化并非化学变化（虽然“溶解”包含物理的机械扩散和化学的溶剂化，是一种物理化学过程，在中学阶段，根据其知识内容，可以略去化学过程，只认为没有新的物质产生，是物理变化，则更易被学生所接受，更切合教学实际），也并未发生复分解反应。

同时还说明，两种电解质溶液混合，有沉淀析出时，不一定发生了化学反应。

1.2 问题的引申

由上述内容可知，向Ca（OH）2饱和溶液中加入浓度较大的NaOH溶液时，增大了溶液中OH-的浓度，因此，会有Ca（OH）2沉淀析出。同样，向Ca（OH）2饱和溶液中加入浓度较大的CaCl2或Ca（NO3）2溶液时，也会有Ca（OH）2沉淀析出。

由此可以得出结论：通常向A电解质饱和溶液中加入B电解质溶液，引起A电解质的一种离子浓度增大而使溶解平衡移动的趋势，大于A电解质的另一种离子因浓度减小而使溶解平衡移动的趋势时，就会有A电解质的沉淀析出。

生成易溶物的不少实验也有类似情况。向饱和NaCl溶液中加入含有Na+浓度较大的溶液（例如14mol·L-1的NaOH）或加入Cl-浓度较大的溶液（例如浓盐酸）都会立即有白色沉淀析出……这些实验现象都可以根据需要巧妙地应用于化学教学中。

2 操作顺序不同，最终结果不同的实验

反应物相同的2个实验，如果操作顺序不同时，其实验结果是否相同呢？

实验结果是否相同，就是实验结束后，其生成物的种类及其量的多少是否相同。这必须要保证反应的各种条件都相同（只有操作顺序不同）时，实验才具有公平性和可比性。

绝大多数实验，在其他反应条件相同而操作顺序不同时，其实验结果是相同的。例如，HCl溶液与NaOH溶液的反应。

但有少许实验，当操作顺序不同时，其最终结果会不同。

（2）向盛有1mL 0.1mol·L-1 HCl溶液的试管中逐滴缓慢加入3mL 0.1mol·L-1的Na2CO3溶液，边滴加边轻轻摇动。可以看到，当Na2CO3溶液刚滴入到HCl溶液中时，明显有气泡产生。这是因为，刚加入Na2CO3溶液时，Na2CO3远远不足，而H+远远过量。部分CO2-3与H+反应CO2-3+2H+CO2↑+H2O；部分CO2-3与H+反应CO2-3+H+HCO-3，HCO-3进一步与H+反应HCO-3+H+CO2↑+H2O。开始时段的总反应是CO2-3+2H+CO2↑+H2O。随着CO2-3的不断加入和H+的不断消耗，气泡越来越少，H+浓度越来越小，不足的H+与过量的CO2-3反应CO2-3+H+HCO-3。因此，后面不再有CO2气体放出，只有HCO-3生成。

所以，由于操作不同，实验结果不同。

在实验4（1）中，只发生了一种反应，只生成了HCO-3一种物质；在实验4（2）中，先后发生了两种反应，分别生成了H2CO3（CO2和H2O）以及HCO-3。

这两个操作不同的实验都有共同的物质HCO-3生成，但一个生成的HCO-3为1×10-4mol，而另一个生成的则小于1×10-4mol。

显然，这两个实验的结果，既有质的不同，又有量的不同，且实验现象也有差异。

Na2CO3与稀HNO3、稀H2SO4的反应也有这种特点。

Na2SO3溶液、Na2S溶液与稀HCl、稀H2SO4的反应也有这种特点。

根据这种结论，可以选择滴定分析实验中的操作顺序。例如，可以用已知浓度的HCl溶液滴定Na2CO3溶液，以使在CO2-3与H+恰好生成HCO-3时便于判斷。但不宜用Na2CO3溶液滴定HCl溶液。因为：①CO2气体放出多少难以判断；②难以判断滴定终点。

3 相同反应物产生不同生成物的实验

有些化学反应，在条件不同时，相同的反应物生成了不同的物质，这也是一个特殊的是化学现象。

氢氧化钾溶液与硝酸溶液的反应，随着浓度的不同而不同，其方程式也会不同。

实验5 （1）将稀氢氧化钾与稀硝酸混合后，没有现象，即没有沉淀、气体等明显的现象产生，其方程式为OH-+H+H2O。

（2）将氢氧化钾饱和溶液（或其他浓度足够大的）与69%的浓硝酸溶液（或其他浓度足够大的）以体积比1∶1混合（将一种溶液逐滴加入到另一种溶液中）。等待片刻，有白色晶体析出。白色晶体是KNO3。其反应的方程式是K++OH-+H++NO-3KNO3↓+H2O。