對碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的質疑與研究

孫瑜

【摘 要】 碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應是人教版高中化學必修一中的重要實驗。筆者認為教材中該實驗存在較大不足或者說有著較大的優化與創新空間，主要表現在藥品的用量以及實驗結果表征分析方面。本文對該實驗進行了質疑性研究并做出了簡要敘述，冀對相關教學工作者有所啟示。

【關鍵詞】 高中化學 ?化學實驗 ?碳酸鈉 ?碳酸氫鈉 ?鹽酸

碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應是人教版高中化學必修一中的重要實驗。通常來說，學生要能夠通過該實驗認識碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的相似性和差異性，進而更好地掌握碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質。同時，還要通過該實驗鍛煉和提升預測現象，觀察實驗，分析討論，得出結論的能力，并在此過程中形成安全實驗的意識，感受化學的趣味性和探究性。這可以說是本實驗教學的基本目標，它同時涵蓋了知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三個層面。然而我們在教學實踐和觀察中發現，很多教師在該實驗的教學中難以全面而切實地達成上述教學目標，這其中固然有教師自身方面的原因，但我們通過深入研究和思考認為，最根本的原因實際上在于教材中的實驗設計存在不完善甚至是不合理的地方，本文的主題是對該實驗的質疑與研究，其主要目的即是對此進行較為深入和具體的探討，側重點是對藥品的用量和實驗結果表征的分析。下面我們先來看教材中的實驗設計。

人教版高中教材中的實驗設計比較簡單，思路也很明確。首先需要注意的是其最終的實驗目的，即要求學生掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的區別，從而理解兩者的鑒別和轉化，但教材中并沒有指向于此的具體實驗方案，需要教師和學生進行合理設計，教材中的實驗設計如下：

在兩支試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個各0.3gNa2CO3或NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口。將氣球內的Na2CO3和NaHCO3同時倒入試管中，比較它們放出CO2的快慢，如下面的圖1所示。

從教材中的實驗結論“NaHCO3和Na2CO3都能與稀鹽酸反應，但NaHCO3與稀鹽酸的反應要比Na2CO3與稀鹽酸的反應劇烈得多”可以看出，該實驗的直接目的是為了比較反應的劇烈程度，即比較反應速率，并沒有與上述最終目的所匹配的具體實驗方案。雖然最終由此實驗也得出了明確結論：Na2CO3和NaHCO3都能與稀鹽酸反應，且NaHCO3與稀鹽酸的反應比Na2CO3的劇烈得多。然而我們知道，對于不同的反應而言，其反應速率的比較是相當復雜的，通常情況下不僅與反應物的濃度和反應時間有關，而且與化學反應的機理密切相關。教材中實驗以“比較CO2氣體放出的快慢”來體現碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的快慢，即NaHCO3和Na2CO3為等物質的量，鹽酸需適量，道理上當然沒有問題。但藥品的用量以及實驗結果表征分析則存在較大問題：

首先，0.3gNa2CO3和NaHCO3分別與足量的鹽酸反應，通過計算本身是NaHCO3與鹽酸反應產生的氣體要多一些，作為對比實驗數據不夠恰當;其次，稀鹽酸濃度不明確，在實驗的過程中不好把握。稀鹽酸濃度大于1mol/L，在同時加入NaHCO3和Na2CO3固體中時，反應現象都是同樣的劇烈，基本分辨不出NaHCO3和Na2CO3。只有濃度小于1mol/L的稀鹽酸與碳酸鈉和碳酸氫鈉反應，才能從反應的劇烈程度區分開來。最后，稱取等質量碳酸鈉和碳酸氫鈉，但是兩個物質的量不同。物質的量大，得到的溶液濃度也大，速率也大。因此，研究的濃度不相等，實驗就沒有可比性。

上述三個問題顯然是實驗過程中所不能忽視的，對實驗結論的正確得出影響甚大。而如果我們再考慮得深一層，即碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應不應當僅僅為了得出“NaHCO3和Na2CO3都能與稀鹽酸反應，但NaHCO3與稀鹽酸的反應要比Na2CO3與稀鹽酸的反應劇烈得多”這一表層化結論，而更應為了探索Na2CO3和NaHCO3與鹽酸反應的內在規律，只有如此，才能真正地達到”使學生掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的區別，從而理解兩者的鑒別和轉化”這一目的。該實驗的內在規律是什么呢？即當鹽酸的量足夠時，Na2CO3完全反應，Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑;當鹽酸的量不足時，Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3，也就是說在加入少量鹽酸的時候，Na2CO3不能釋放出CO2。換言之，Na2CO3與鹽酸的反應本質是Na2CO3分兩步得到H+逐步轉變成NaHCO3、CO2;但NaHCO3只要接受H+立即就會產生CO2。顯而易見，教學中實驗的藥品用量是不可能達到探索該實驗內在規律這一目的的，要想達到這一目的，就需要進行更為科學合理的實驗創新設計。

綜上所述，我們對人教版高中化學必修一中的碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應進行了質疑性研究，并做出了簡要敘述，認為教材中該實驗存在較大不足或者說有著較大的優化與創新空間，主要表現在藥品的用量以及實驗結果表征分析方面。明確了本文所述的觀點，就需要我們在教學實踐中加以積極探索和思考，針對原實驗的不足進行有的放矢地改進和優化，因本文主題不在于此，對該實驗的創新設計就不再討論了。

參考文獻

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