對碳酸鈉、碳酸氫鈉分別和同濃度的鹽酸反應的實驗研究與改進

夏立先等

中學化學不同版本不同年份的教材，有關比較碳酸氫鈉、碳酸鈉分別與同濃度的鹽酸反應快慢的實驗，其實驗設計都存在一些問題。為此，筆者對該實驗進行了研究，并作了改進。

一、部分版本教材實驗設計存在的問題

1.高級中學課本化學（必修）第一冊（人民教育出版社1990年10月第1版），其中第四章第二節有關內容片段：

“【實驗4-5】把少量鹽酸分別加入盛著碳酸鈉和碳酸氫鈉的兩個試管。比較它們放出二氧化碳的快慢程度。

碳酸氫鈉遇到鹽酸放出二氧化碳的反應，要比碳酸鈉劇烈得多。”

存在問題：該實驗設計很不嚴密，沒有給出鹽酸的濃度及量的多少、也沒有給出碳酸鈉和碳酸氫鈉的量，無法進行比較，其結果沒有說服力。

2.全日制普通高級中學教科書（必修）化學第一冊（人民教育出版社2003年6月第1版），其中第二章第二節有關內容片段：

“【實驗2-7】在兩支試管中分別加入3 mL稀鹽酸，將兩個各裝有0.3 g碳酸鈉或碳酸氫鈉粉末的小氣球分別套在兩支試管口。將氣球內的碳酸鈉和碳酸氫鈉同時倒入試管中（如圖2-8，略），觀察反應現象。

從上述實驗可以看出，碳酸鈉和碳酸氫鈉都能與稀鹽酸反應，但碳酸氫鈉與稀鹽酸反應要比碳酸鈉與稀鹽酸反應劇烈得多。”

存在問題：該實驗設計也不嚴密，主要存在兩個問題：（1）沒有給出稀鹽酸的濃度是多少，鹽酸的量可能都過量也可能都不夠或者一個過量一個不夠。（2）碳酸鈉和碳酸氫鈉質量一樣多是不合理的，因為碳酸鈉比碳酸氫鈉的物質的量少，在酸過量的情況下碳酸氫鈉產生二氧化碳比碳酸鈉多，氣球理應大，這樣就不能根據氣球的大小來判斷反應的劇烈程度。

通過以上分析可知，這個看似簡單的實驗，看來并不簡單，需要認真研究和分析。

二、實驗研究與改進

1.理論分析

要想比較碳酸氫鈉、碳酸鈉分別與同濃度的鹽酸反應的劇烈程度，必須根據控制變量法設計實驗。碳酸氫鈉、碳酸鈉的物質的量要相等；鹽酸的濃度及體積要相等，酸要適當過量，保證產生的氣體的量一樣；反應溫度要相差不大。鹽酸與碳酸鈉反應放熱，溫度會升高；鹽酸與碳酸氫鈉反應吸熱，溫度會降低。因此，需要測量反應后的溫度，了解溫度變化的情況。

2.實驗目的、實驗設計、現象及結論

（1）實驗目的：了解反應前后溫度變化

【實驗1】取2支相同規格的大試管（直徑1.8 cm，高度14.5 cm），分別加入0.5 g

（0.0047 mol）碳酸鈉粉末和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氫鈉粉末，然后直立在試管架上，各加入3 mL 9 mol·L-1鹽酸于試管中，待反應結束后將溫度計分別插入溶液中測量溶液的溫度。重復以上實驗，只是將鹽酸體積及濃度分別變為：3 mL 8 mol·L-1、3 mL 7 mol·L-1、3 mL 3 mol·L-1、10 mL 3mol·L-1、10 mL 2 mol·L-1、10 mL 1 mol·L-1。（實驗溫度15℃）

實驗結果見表1。

實驗結果分析及結論：同濃度鹽酸分別與碳酸鈉、碳酸氫鈉反應，當鹽酸的體積比較大（10 mL）時溶液溫度相差比較小（只有3℃～4℃），當鹽酸的體積比較小（3 mL）時溶液溫度相差比較大（13℃～16℃）。因此，從溫度變化情況看，宜選用體積較大（10 mL）的鹽酸做該對比實驗。

（2）實驗目的：比較反應的劇烈程度

通過反應產生泡沫的最高高度以及反應結束的先后，來比較反應的劇烈程度。

【實驗2】向兩支相同規格的大試管（直徑1.8厘米，高度14.5厘米）中分別加入0.5 g（0.0047 mol）碳酸鈉和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氫鈉粉末，然后直立在試管架上，同時將10 mL 3 mol·L-1鹽酸倒入上述兩支試管中，先觀察比較反應瞬間產生泡沫達到的最高高度情況，再觀察比較反應結束（不再產生氣泡）的先后。重復以上實驗，只是將鹽酸體積及濃度分別變為：10 mL 2 mol·L-1、10 mL 1 mol·L-1。

實驗現象：都是盛碳酸氫鈉試管產生泡沫高，反應結束的早。但3 mol·L-1鹽酸過于劇烈，1 mol·L-1鹽酸有點慢，2 mol·L-1鹽酸快慢適中。

實驗結論：在相同條件下， 碳酸氫鈉與同濃度的鹽酸反應比碳酸鈉更劇烈。

三、實驗改進

【實驗3】向兩支相同規格的大試管（直徑1.8厘米，高度14.5厘米）中分別加入0.5 g

（0.0047 mol）碳酸鈉和0.4 g（0.0047 mol）碳酸氫鈉粉末，然后直立在試管架上，同時將10 mL 2 mol·L-1鹽酸倒入上述兩支試管中，先觀察比較反應瞬間產生泡沫達到的最高高度情況，再觀察比較反應結束（不再產生氣泡）的先后。

實驗現象：盛碳酸氫鈉試管產生泡沫高，反應結束的早。

四、改進優點

實驗設計科學合理，現象明顯，操作簡單。

（收稿日期：2014-12-23）