對碳酸鈉、碳酸氫鈉分別和同濃度的鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究與改進(jìn)

夏立先等

中學(xué)化學(xué)不同版本不同年份的教材，有關(guān)比較碳酸氫鈉、碳酸鈉分別與同濃度的鹽酸反應(yīng)快慢的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都存在一些問題。為此，筆者對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究，并作了改進(jìn)。

一、部分版本教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的問題

1.高級中學(xué)課本化學(xué)（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(jié)有關(guān)內(nèi)容片段：

“【實(shí)驗(yàn)4-5】把少量鹽酸分別加入盛著碳酸鈉和碳酸氫鈉的兩個(gè)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(yīng)，要比碳酸鈉劇烈得多?！?/p>

存在問題：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)很不嚴(yán)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(jìn)行比較，其結(jié)果沒有說服力。

2.全日制普通高級中學(xué)教科書（必修）化學(xué)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(jié)有關(guān)內(nèi)容片段：

“【實(shí)驗(yàn)2-7】在兩支試管中分別加入3 mL稀鹽酸，將兩個(gè)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(nèi)的碳酸鈉和碳酸氫鈉同時(shí)倒入試管中（如圖2-8，略），觀察反應(yīng)現(xiàn)象。

從上述實(shí)驗(yàn)可以看出，碳酸鈉和碳酸氫鈉都能與稀鹽酸反應(yīng)，但碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)要比碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)劇烈得多?！?/p>

存在問題：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也不嚴(yán)密，主要存在兩個(gè)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(gè)過量一個(gè)不夠。（2）碳酸鈉和碳酸氫鈉質(zhì)量一樣多是不合理的，因?yàn)樘妓徕c比碳酸氫鈉的物質(zhì)的量少，在酸過量的情況下碳酸氫鈉產(chǎn)生二氧化碳比碳酸鈉多，氣球理應(yīng)大，這樣就不能根據(jù)氣球的大小來判斷反應(yīng)的劇烈程度。

通過以上分析可知，這個(gè)看似簡單的實(shí)驗(yàn)，看來并不簡單，需要認(rèn)真研究和分析。

二、實(shí)驗(yàn)研究與改進(jìn)

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(yīng)的劇烈程度，必須根據(jù)控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。碳酸氫鈉、碳酸鈉的物質(zhì)的量要相等；鹽酸的濃度及體積要相等，酸要適當(dāng)過量，保證產(chǎn)生的氣體的量一樣；反應(yīng)溫度要相差不大。鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)放熱，溫度會(huì)升高；鹽酸與碳酸氫鈉反應(yīng)吸熱，溫度會(huì)降低。因此，需要測量反應(yīng)后的溫度，了解溫度變化的情況。

2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、現(xiàn)象及結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夥磻?yīng)前后溫度變化

【實(shí)驗(yàn)1】取2支相同規(guī)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(yīng)結(jié)束后將溫度計(jì)分別插入溶液中測量溶液的溫度。重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，只是將鹽酸體積及濃度分別變?yōu)椋? 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(shí)驗(yàn)溫度15℃）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論：同濃度鹽酸分別與碳酸鈉、碳酸氫鈉反應(yīng)，當(dāng)鹽酸的體積比較大（10 mL）時(shí)溶液溫度相差比較?。ㄖ挥?℃～4℃），當(dāng)鹽酸的體積比較?。? mL）時(shí)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(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^反應(yīng)的劇烈程度

通過反應(yīng)產(chǎn)生泡沫的最高高度以及反應(yīng)結(jié)束的先后，來比較反應(yīng)的劇烈程度。

【實(shí)驗(yàn)2】向兩支相同規(guī)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(shí)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(yīng)瞬間產(chǎn)生泡沫達(dá)到的最高高度情況，再觀察比較反應(yīng)結(jié)束（不再產(chǎn)生氣泡）的先后。重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，只是將鹽酸體積及濃度分別變?yōu)椋?0 mL 2 mol·L-1、10 mL 1 mol·L-1。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：都是盛碳酸氫鈉試管產(chǎn)生泡沫高，反應(yīng)結(jié)束的早。但3 mol·L-1鹽酸過于劇烈，1 mol·L-1鹽酸有點(diǎn)慢，2 mol·L-1鹽酸快慢適中。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在相同條件下， 碳酸氫鈉與同濃度的鹽酸反應(yīng)比碳酸鈉更劇烈。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

【實(shí)驗(yàn)3】向兩支相同規(guī)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(shí)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(yīng)瞬間產(chǎn)生泡沫達(dá)到的最高高度情況，再觀察比較反應(yīng)結(jié)束（不再產(chǎn)生氣泡）的先后。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：盛碳酸氫鈉試管產(chǎn)生泡沫高，反應(yīng)結(jié)束的早。

四、改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，現(xiàn)象明顯，操作簡單。

（收稿日期：2014-12-23）