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镁与饱和碳酸氢钠溶液反应的创新实验

范文

王天成董俊谋

【摘要】高中化学是一门以实验为基础的学科，实验在高中化学教学和学习中具有重要的作用。笔者将结合高中化学新课改理念，以镁与饱和碳酸氢钠溶液的反应为载体，探究一下如何对实验进行改进和创新，以更好地激发学生的兴趣，培养学生的实验探究能力、操作能力和创新能力。

【关键词】高中化学 ?化学反应实验 ?创新策略

【中图分类号】G633.8 ?【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）17-0172-01

高二学生对金属镁及碳酸氢钠溶液的性质都有一定的学习，也具备了一定的实验设计及实验操作技能。而镁与碳酸氢钠溶液反应的实验在教材中并没有出现，对此反应能否进行，同学们是陌生的，也有很强的探究欲望。镁与酸的反应在初三化学中已经学习过、镁与水的反应、碳酸氢钠的性质在高中化学必修1、必修2、选修4中已经有所学习。基于以上学习基础，通过对经典原型实验进行改进，对镁与饱和碳酸氢钠溶液反应进行有效创新探索。

实验创新：设计怎样的实验装置和操作探究镁与碳酸氢钠是否反应？如果反应怎样才能比较明显的观察到现象？人教版高中化学必修2教材16页指出“镁与冷水反应缓慢”，将此经典原型实验进行了改进和创新：将镁条装在尖嘴玻璃导管中，再放到装有饱和NaHCO3溶液的试管中。

创新装置如图所示。

改进装置的优点：（1）玻璃管类似于凸透镜，有放大作用;（2）玻璃管细长，能使生成的气体更集中，气泡现象更明显;（3）玻璃管狭小空间不易散热，反应放热溶液温度上升快，会加速反应;（4）可随时抽出玻璃导管，能使反应随开随停，符合绿色化学理念。

学生分组实验：将用砂纸打磨过的镁条装在尖嘴玻璃管中插入饱和NaHCO3溶液的试管中。

實验现象：玻璃导管中有大量气泡产生，反应较快。

结论：镁与碳酸氢钠溶液能够反应。

探究问题：（1）为什么镁与碳酸氢钠反应？（2）生成的气体又是什么成分？

同学们在老师的引导下从镁与溶液中存在的氢离子（水和碳酸氢根离子的电离产生）反应以及水溶液中碳酸氢根离子又能水解的角度分析，进而猜想产生气体的成分：（1）可能是H2;（2）可能是CO2;（3）可能是H2和CO2的混合气体。

探究实验：生成气体的成分是什么？

同学们经过小组内交流讨论，设计实验方案和分组操作。为保证实验的连续性和现象明显，镁条取长一些（约3cm），并将反应装置浸入40℃左右的温水中（老师在实验前通过网络查询告诉同学们NaHCO3在溶液中大约在48℃左右会开始分解，有CO2生成），实验开始反应一段时间后，排尽玻璃管中的空气后，在尖嘴玻璃导管口点燃产生的气体，看气体能否燃烧，判断产生的气体是否会是H2。之后用橡胶管将尖嘴管与导气管相连，将产生的气体通入澄清石灰水，观察溶液是否变浑浊，判断气体中是否含量CO2。

探究实验现象：点燃后有短暂的燃烧现象;石灰水变浑浊。

探究实验结论：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生的气体是H2和CO2的混合气体。

实验活动结束后，引导同学们又从碳酸氢钠溶液中存在的平衡，从微观的角度进行了分析交流：

可能是因为Mg+2H+==Mg2++H2↑，Mg2++2OH-==Mg（OH）2↓，尤其是后一个离子反应的发生，促进了HCO的水解平衡向正反应方向移动，从而使H2CO3的浓度增大，进而使H2CO3？葑CO2+H2O，向正反应方向移动，产生CO2气体。这和同学们先检验H2再检验CO2有点吻合。

通过这一创新实验探究活动，使同学们从产生认知冲突，到实验创新求证，再到推理论证，让同学们从好奇心走向求知心，在实际操作中观察思考，在合作探究中交流表达，并提出自己的猜想，收获了结论，理解了课本所学知识;更从现象出发，进行微粒探寻，多角度动态化地分析，推理反应的本质，这种微粒观的分析方法将会帮助同学们更好地解决一些化学问题。

参考文献：

[1]张贤金，吴新建.基于核心素养的高中化学课程改革如何“落地”[J].化学教与学. 2016（09）

[2]赖琛虹.基于核心素养培养的高中化学教学研究[J].福建基础教育研究. 2016（05）

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