碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應快慢比較的演示實驗的改進

吳南

【摘 要】 作為人教版高中必修一教材中最重要的實驗之一，碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應快慢比較的演示實驗在客觀上卻存在一定問題。我們作為具有多年教學和實驗經驗的一線教師由此進行了較為深入的探索和研究，并取得了較為顯著的成果。該文首先簡要闡述了教材中實驗設計的不足之處，然后重點探討了對該實驗的創新和改進，冀對相關教學工作者有所助益。

【關鍵詞】 碳酸鈉 ?碳酸氫鈉 ?鹽酸 ?高中化學 ?實驗教學

作為人教版高中必修一教材中最重要的實驗之一，碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應快慢比較的演示實驗在客觀上卻存在一定問題，目前已有很多相關教學工作者指出這一點，并進行了不同方式、不同程度的優化。

一、實驗不足之處的簡要分析

簡而言之，教材中的實驗設計是這樣的：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：

由此實驗得出的結論是：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，通過實驗教學實踐和認真分析后可以發現該種實驗設計存在以下明顯不足：

1. 0.3g比Na2CO3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。

2.課本上的實驗僅僅區分了Na2CO3和NaHCO3分別與鹽酸反應的快慢，但是它沒有從本質上去解釋為什么Na2CO3與鹽酸反應要慢一些，而NaHCO3與鹽酸反應要快一些。

3. 在同時倒置氣球的過程中，有可能兩種固體不能同時與鹽酸接觸反應。另外，固體裝在氣球里面，在倒置時有可能粘在氣球內壁或小試管的上方，使得反應不夠充分。

4. 實驗中，采用的氣球較軟，一個人同時操作較困難，且氣球膨脹后體積不同而產生的壓力也不一樣，對反應速率有影響，效果不是很好。

5. 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。

6. 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。

二、對實驗的改進

（一）改進后思路及亮點

顯而易見，教材中該實驗方法雖然簡單，現象明顯，但鑒于以上種種原因，我們應主要從以下角度對本實驗進行改進：

1. 將稱取等質量碳酸鈉和碳酸氫鈉，改為量取等體積等濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉，經過實驗實踐，選用0.8mol/L的碳酸鈉和碳酸氫鈉與0.5mol/L的稀鹽酸反應現象明顯且劇烈程度易區分。

2. 運用安全漏斗向裝置中添加稀鹽酸，可保證實驗的安全性且達到液封的作用。

3. 運用肥皂水來區分反應的劇烈程度，使現象更加明顯、實驗更加安全，且能增加本實驗的趣味性。

（二）改進后的實驗方案

1. 實驗目的：改進碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應快慢比較的實驗方法及實驗裝置。

2. 實驗原理：2HCl+Na2CO3=CO2↑+H2O+2NaCl;HCl+NaHCO3=CO2↑+H2O+NaCl

3. 儀器和試劑：

儀器：鐵架臺、安全漏斗、蒸餾燒瓶、大試管、量筒。

試劑：鹽酸（0.5mol/L）、Na2CO3（0.8mol/L）、NaHCO3（0.8 mol/L）、肥皂水。

4. 步驟和過程：

（1）按下圖所示組裝實驗儀器，并檢查裝置的氣密性。

（2）在蒸餾燒瓶中各裝入10mL0.8mol/L的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液。

（3）在大試管中各裝入4mL肥皂水。

（4）用兩支量筒分別量取鹽酸各20mL。

（5）分別將兩只量筒中的鹽酸沿安全漏斗注入蒸餾燒瓶中，仔細觀察大試管中的現象。

5. 實驗現象

兩只大試管中均產生大量氣泡，但是碳酸氫鈉與鹽酸反應的大試管中產生的氣泡多且快，一段時間后，碳酸氫鈉與鹽酸的蒸餾燒瓶內仍有少量氣泡產生，而碳酸鈉與鹽酸的蒸餾燒瓶內已無氣泡產生。

6. 實驗結論：

碳酸鈉、碳酸氫鈉均能與過量的鹽酸反應生成二氧化碳，當二者物質的量相等時，碳酸氫鈉與鹽酸反應較快而且產生的二氧化碳較多。

7. 實驗注意事項：

（1） 裝置中的氣密性必須良好，這是實驗成功的關鍵。

（2） 向安全漏斗中注入稀鹽酸時應緩慢、同步。

（3） 各溶液最適宜的濃度分別為：稀鹽酸0.5mol/L，碳酸鈉0.8mol/L，碳酸氫鈉0.8mol/L。

（4） 碳酸氫鈉溶液應現配現用。

結語：綜上所述，本文首先簡要闡述了教材中實驗設計的不足之處，然后重點探討了對該實驗的創新和改進。將教材中原來的實驗設計與經過改進后的實驗稍加對比就可以發現，改進后的實驗操作簡單，現象明顯，趣味性強，教學效果相對更好。

參考文獻

[1] 張婷，江軍.比較碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應快慢的新方法[J].實驗教學與儀器，2017， 34（10）：40-41.

[2] 張健，李雪蓮，李欣.探究碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應的快慢[J].實驗教學與儀器， 2016，33（Z1）：61-64.