驕硅酸钠及盐酸反应”最佳实验条件探究摘要：针对硅酸钠与盐酸反应演示实验中存在的问题，利用正交设计原理，进行实验探究，得出优化的实验条件，使实验快速且现象明显，以满足课堂教学的需要。关键词：凝胶；正交设计；最佳实验条件文章编号：1005・6629（2008）07・00"・03中图分类号：G633.8文献标识码：C普通高中课程标准实验教科书《化学（必修）1》，人教版第76页将“硅酸钠与盐酸反应”的实验作为演示实验写入新教材，实验内容为「在试管中加入3-5mLNa2SiO3溶液（饱和Na2SiO3溶液按1:2或1:3的体积比用水稀释），滴入1-2滴酚猷溶液，再用胶头滴管滴加入稀盐酸，边加边震荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置，仔细观察变化过程及其现象口］。显然若实验现象明显，对于学生理解教材这部分知识是非常有用的。但在教材所述的操作方法和条件下，有时需要很长时间才能使溶胶慢慢凝聚，甚至不易形成凝胶,因而影响了实验进度，课堂演示效果不理想。若能探究—个能在较短时间内观察到明显实验现象的最佳实验条件,则能使学生对硅酸钠与盐酸反应实验原理有更深的理解和直观感受，从而能大大提高教学效果。1对该实验的质疑按教材所述方法进行实验存在以下问题：%教材所指“稀盐酸”没有说明具有浓度，是否任何浓度都可以？浓盐酸不可以吗？%滴加稀盐酸至红色变浅并接近消失，需“静置”多长时间才能产生明显现象？是否一定能形成沉淀或凝胶？%盐酸环境下酚酰是无色的，若实验得不到沉淀或凝胶能否根据颜色变化说明发生了反应？笔者根据教材的描述进行实验。（分别将饱和硅酸钠溶液以及1:2.1:3稀释后的硅酸钠溶液分别与稀盐酸反应，前两支试管中形成了沉淀，第三支试管中澄清，三支试管中都没有形成凝胶）。2实验研究针对教材中硅酸钠与盐酸反应的实验，为了寻求较佳的实验条件，以满足课堂教学的需要，本人从以下几个方面进行了研究：2.1实验原理：Na2SiO3+2HCI二H2SiO3J+2NaCINa2SiO3溶液因水解而显碱性，滴入酚猷试液呈红色。加入盐酸能使红色褪去。同时因为盐酸的酸性比硅酸强，反应生成硅酸。硅酸在不同的浓度、温度和pH下，以不同的程度缩水聚合成各式硅酸，其结构有开链的、有环状的、也有立体网状的。其通式是xSiO2・yH2O。通常将硅酸写成H2SiO3只是用它笼统地代表所有硅酸而已。形成硅酸凝胶不仅与溶胶的聚合度有关，也与其交连度有关，一般来说在各种硅酸中H20与SiO2的比值越小，其交连度和聚合度就越大，即越容易凝聚［2］。2.2实验用品：饱和硅酸钠溶液、浓盐酸、蒸馆水、酚猷试液，试管、胶头滴管、量筒。2.3试验设计选择正交表：L9（34）表1因素与水平（说明：表中序号1中的比值是指饱和硅酸钠溶液与水的体积比，序号2中的比值是指浓盐酸与水的体积比；溶液的酸碱性是指反应后混合物所处的环境，可用pH试纸测定。本实验中用酚酰作指示剂。）表2实验计划表2.4实施实验并分析实验结果根据表2提供的实验计划进行实验，并对每一次实验结果进行评价。生成凝胶或出现沉淀的时间越短、生成凝胶效果越好，则记分越高。表3直观分析表从表3中“实验结果”栏的数值看，按照实验3的反应条件进行的实验效果最好，即“饱和硅酸钠、1:5的稀盐酸、碱性溶液、两种溶液迅速混合”（实验现象如图1）0但是“两种溶液迅速混合”，需要通过其他方式确定混合成碱性溶液时两种溶液各自所需的体积，因而操作起来比较麻烦。而且表中4列中与滴加顺序关联的“均值2”大于“均值3"，所以选用“先加盐酸”进行实验的效果应该更好；3列中与溶液酸碱性关联的“均值2”与“均值3”非常接近，所以选用“中性溶液”进行实验的效果应该也不错；从表3中“极差”可以看出，溶液酸碱性的极差为16.667，远大于其他因素，因而实验成功的关键应该是把握好溶液的酸碱性。其次是硅酸钠的浓度，极差为9.667o而盐酸溶液的浓度、滴加顺序对实验结果的影响相对较小,实验中可以根据便利的原则决定水平数。基于上述分析，现进行下列补充实验:2.5补充实验2.5.1因素和水平：饱和硅酸钠溶液、1:5的稀盐酸、碱性环境、先加盐酸再逐滴加硅酸钠溶液。2.5.2操作：取2mL稀盐酸(1:5)于试管中，滴1-2滴酚瞰试液，逐滴加入饱和硅酸钠...