實驗探究“檸樂”
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摘要：用所學內容解決實際問題是當前我國教育的目標和內在要求.高中化學知識，涉及很多生活化的內容。日常生活中我們都會接觸到許多隱藏在身邊的化學知識，不斷的發現和發掘，不僅能提高學生的學習興趣，更能加深學生對化學知識的理解，引起他們探索身邊事物積極性。本文通過分析日常生活中的飲料“檸樂”，先應用生活中的物品進行基本猜想，再結合實驗現象進行深化分析，深化分析弱電解質在溶液中的電離平衡。
關鍵詞：強酸制弱酸；弱酸的電離平衡；化學與生活
1一杯飲料引發的思考
1.1實驗設計的背景和目的：
大部分學生對于酸與酸之間的轉化仍停留在“強酸制弱酸”的思維上，如：鹽酸（強酸）制備碳酸（弱酸），HCl+NaHCO3==NaCl+CO2↑+H2O，思維仍停留在強酸（鹽酸）把氫離子給予了弱酸根離子（CO32-），而忽略了弱酸根離子結合氫離子的能力。為幫助學生更好理解弱酸的電離平衡的原理，設計了兩個生活實驗（全部的藥品為生活中的物品，學生課后也可以在家中反復進行），通過查閱資料，設計實驗，調動起學生分析事物本質的興趣，為進一步深入分析起到拋磚引玉的作用。
1.2實驗一《制備“檸樂”》——酸的初探
（1）實驗目的：通過檸檬汁與可樂混合，比較檸檬酸與醋酸的酸性。
?。?）儀器和藥品：檸檬，可樂，小刀，一次性手套，一次性塑料杯，過濾網。
（3）制備與現象：帶好手套，將可樂倒入一次性塑料杯中，將檸檬切開，榨汁，為了使實驗現象不受果肉的影響，用過濾網過濾檸檬汁。將檸檬汁加入可樂中，可觀察到有大量氣泡產生。
?。?）分析：檸檬汁里有檸檬酸，可樂里有碳酸
?。?）結論和猜想：弱酸也能制備弱酸？
（6）查閱資料[1]：25℃時部分弱酸的電離平衡常數。
?。?）設計后續實驗：弱酸的第一步電離平衡常數越大，酸性越強。根據數據，我們不難看出酸性由大到小的順序是檸檬酸、醋酸、碳酸。根據初中“強酸制弱酸”類似的原理，我們可以通過強酸與弱酸對應的鹽反應，驗證這一原理是否能推出“相對強酸制備相對弱酸”。請同學們思考并應用家中物品，進行該實驗設計和驗證。
1.3實驗二《驗證酸性的強弱》——本質的探索
?。?）實驗目的：通過檸檬汁、白醋分別與小蘇打反應，比較檸檬酸、醋酸與碳酸的酸根離子結合氫離子的能力。
?。?）儀器和藥品：檸檬汁、食用小蘇打、白醋
?。?）實驗：檸檬酸與小蘇打（NaHCO3）反應，醋酸與小蘇打反應（NaHCO3）
?。?）結論與總結：從上述實驗我們不難看出，我們只要選擇比碳酸要“強”的酸，與碳酸氫根（HCO3-）反應，就能制備出碳酸。這類“強”酸它們都起到提供H+的作用，那么碳酸的產生必定與碳酸氫根（HCO3-）結合H+的能力有關，而且碳酸氫根（HCO3-）結合H+能力，必定比檸檬酸第一步電離的離子和醋酸根離子強。
2深入與建立繼續探究
2.1深入分析
2.1.1理論的沖突，矛盾引發思考
細心的同學已經發現，上述的實驗分析和設計，與制備“檸樂”的過程中產生起泡的原理，參與反應的物質不完全對應。實驗一的檸檬汁里含有檸檬酸，可樂是碳酸飲料，里面含有的是碳酸，研究對象都是酸；實驗二的研究對象是酸和鹽。兩個實驗的研究對象不同，能相互印證嗎？
2.1.2分析碳酸中的電離平衡和檸檬酸中的電離平衡
其實上面的實驗只印證了最基本的理論——弱酸根離子的結合能力比較。檸檬汁加入可樂中產生氣泡，還涉及到電離平衡的移動。
CO2+H2O H2CO3 H+ + HCO3-
HCO3- H+ + CO32-
在可樂中碳酸處于上面的平衡狀態。碳酸和碳酸氫根都會部分電離出少量氫離子。若將碳酸氫根也定義為酸，它的電離程度可定比碳酸弱，同時也比檸檬酸弱。將檸檬汁中的檸檬酸也存在電離平衡，會部分電離出氫離子。根據平衡移動原理，若氫離子的濃度增大，上述平衡就會向逆方向移動。下面請設計實驗驗證可樂與檸檬汁中氫離子的濃度。
2.1.3實驗三《測pH值》——電離平衡的深化
利用pH計測量可樂的pH值為2.46；檸檬汁的pH值為2.31（實驗數據受實驗溫度，可樂的牌子和檸檬汁的質量等影響，請以實際測量為準）。根據數據我們不難看出檸檬汁中的氫離子濃度比可樂中的氫離子濃度大。當向可樂中加入檸檬汁后，可樂中的氫離子濃度增大，碳酸的電離平衡逆向移動，產生二氧化碳，造成起泡。
2.2建立繼續探究
細心的同學發現，可樂和檸檬汁的pH值其實很相近，換算成物質的量濃度，可樂的氫離子濃度為0.0036mol/L，檸檬汁的氫離子濃度為0.0049mol/L，數值上相差很少，能產生這么大量的氣泡嗎？
實驗四《空白實驗》——繼續調動學生深思
用塑料杯取兩杯可樂，分別向中其中加入等量的檸檬汁和蒸餾水。發現兩杯中的實驗現象相近。通過空白實驗的現象，我們可以調動學生繼續深究產生大量氣泡的主要原因，充分調動學生科學探究的興趣，建立繼續研究不斷學習的思路。
3小結
通過對“檸樂”制備過程中產生氣泡的猜想，我們知道氣泡的產生與酸根離子的結合能力有關，與弱電解質的電離平衡有關，與溶液中的離子濃度有關，同時我們也學習了探究事物本質的方法，如大膽猜想，查越資料，對比已學知識，充分運用身邊事物，驗證猜想。經過該實驗探究更深化了弱電解質在水溶液中的電離平衡理論的理解。通過空白實驗，同時建立科學不斷研究的思路。
參考文獻：
[1]傅獻彩.《大學化學》 上冊.北京：高等教育出版社，1999：422頁
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