碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應的實驗設計

摘 要：為形象直觀地向學生展示碳酸鈉溶液與鹽酸反應分兩步進行，碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應只有一步，筆者設計了一套實驗裝置，并介紹了利用該裝置，在課堂中展示碳酸鈉溶液與稀鹽酸反應的實驗探究過程。實踐表明，該實驗活動能更好地幫助學生領悟相關的化學反應原理，提升了教學效果。

關鍵詞：碳酸鈉溶液；鹽酸；分步反應；實驗

人教版高中化學必修1第三章《金屬及其化合物》第二節《幾種重要的金屬化合物》中有碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質教學內容，但教材中并未設計碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應相關實驗。如分別向碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液中逐滴滴加鹽酸，理論上兩溶液與鹽酸反應現象是不同的，碳酸鈉溶液和鹽酸反應先無氣體出現，當鹽酸滴加到一定量時才出現二氧化碳氣體，而碳酸氫鈉溶液中從開始滴加鹽酸就應有二氧化碳氣體生成。原因在于碳酸鈉溶液和鹽酸反應有兩步：（1）CO2-3+H+HCO-3；（2）HCO-3+H+H2O+CO2↑，碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應就一步：HCO-3+H+H2O+CO2↑。但若用試管來演示向碳酸鈉溶液逐滴滴加鹽酸實驗，實驗結果表明，自始至終，碳酸鈉溶液中均會有明顯的氣泡生成。

為什么實驗現象與理論結果不一致？筆者認為主要原因：可能是向碳酸鈉溶液中滴加鹽酸后，鹽酸并不能均勻快速的分散到整個碳酸鈉溶液中，從而使得碳酸鈉溶液局部范圍內鹽酸過量，連續發生兩步反應，生成了二氧化碳氣體。

為形象直觀地向學生展示碳酸鈉溶液與鹽酸反應分兩步進行，碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應只有一步。現設計如下實驗：

實驗器材：相同大小的兩支硬質玻璃管、兩個橡膠塞、兩個氣球、滴定管夾、兩支規格（20 mL）相同且帶有針頭的注射器。

實驗操作步驟：

1. 兩支硬質玻璃管下端均用橡膠塞塞緊。

2. 向左邊玻璃管中注入5 mL 1 mol/L的碳酸鈉溶液，向右邊玻璃管中注入5 mL 1 mol/L的碳酸氫鈉溶液。在兩根玻璃管上端均套上兩個規格相同的氣球，并用細鐵絲扎緊。

3. 取兩支規格相同的注射器，均吸入0.5 mol/L的鹽酸20 mL，將兩支注射器分別扎進兩根玻璃管的橡膠塞中。

4. 將兩支注射器中的鹽酸同時按相同的速率，緩緩的注射到玻璃管中。

實驗現象：

當左側玻璃管注射進的鹽酸體積小于10 mL時，玻璃管中只有非常少量的氣泡產生，其上端氣球無明顯現象，但當注射進鹽酸體積超過10 mL時，該玻璃管中產生了大量氣泡，其上方的氣球也逐漸快速鼓了起來。右側玻璃管一注射進鹽酸后，就有大量氣泡生成，其上端氣球明顯漸漸鼓了起來。當向兩根玻璃管中均注射完全部鹽酸后，兩玻璃管上端氣球膨脹體積達到最大且體積相等。

實驗結論：

通過對比實驗現象分析，證明碳酸鈉溶液與鹽酸分兩步反應，第一步不產生氣體，第二步才產生氣體，而碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應只有一步。當鹽酸足量時，等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉產生的二氧化碳氣體體積相等。

實驗裝置優點：

1. 能較直觀的說明碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應現象不同，碳酸鈉溶液開始無明顯氣體產生，待鹽酸注入一半量后才產生氣體，碳酸氫鈉溶液自始至終都有氣體生成。

2. 通過氣球膨脹體積大小的比較很容易得出結論：當鹽酸足量時，等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉產生的二氧化碳氣體體積相等。

3. 實驗時所使用的鹽酸濃度是碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液濃度的一半，這樣有效減少了剛開始時碳酸鈉溶液中產生氣體（理論上不應該有氣體）。另因采用了從玻璃管下端向上注射鹽酸的方法，使產生的二氧化碳在溶液中逆重力向上，使其與碳酸鈉溶液充分接觸，進一步減少了碳酸鈉溶液中剛開始加入鹽酸過程中產生氣體的干擾。

4. 裝置簡單，操作方便。

實驗成功關鍵：

1. 藥品的濃度與用量要恰當：為避免加入鹽酸過程中，鹽酸局部濃度過高，碳酸鈉溶液宜用飽和溶液。另鹽酸濃度為碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的一半，致使鹽酸理論體積消耗量比較大，微量的鹽酸加入碳酸鈉溶液，出現局部酸濃度過大的概率減小。

2. 在實驗過程中，要保證裝置的氣密性良好，注射器活塞推進快慢要一致。

參考文獻：

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[4]周存軍.談探究碳酸鈉性質實驗的創新[J].化學教學，2014（5）：50-52.

作者簡介：

余傳繼，新疆維吾爾自治區庫爾勒市，第二師華山中學。