碳酸钠与碳酸氢钠溶解过程热效应的比较.pdf

鏊：! ! ! ! 些： 碳酸钠与碳酸氢钠溶解过程热效应的比较 ￥5 女e ( 女 # m 川* $ 2 * ￥：# 口 * * t n 十$ t * n n 呲自 m 自 删n t 啡脚止扩世惭束岳过跏 t i 。 * t ：* * ，a * * 柑甘* * n d 1 0 删一n 删5 4 d 1 2 0 m * 自镕* 女十n # # a g 十# m 女# m = # i 女m m 自* m 女目m ，4 镕# 目# 4 # # 。 i 日* # 镕镕m 十# # # t # * e 。 镕镕# 女w # * ：# 一，m * # 自f m h f 白。镕月，自女r a ， 镕十n 十镕日 * w f 女 * f 目自h 女 自 * # i ，* 目一十m n ，# = 镕m # a m 自 m * 镕 m * f m f n ad * 一十n $ * 。目镕* 目& * # * t 镕自# r m n e 日# t 目m n e # 自# t # 目m 。 a w 月a 自* m g # # $ 4 # m t 女d & 自w f # m d # j * 目# * 自* m # 日 一、女* l # # n2 自 n # $ 膏f5 嘶l # $ w 月* g # h 女* 4 d * 镕 m a 镕口n 镕* 日* ( 镕m ) 。 1h # 2 40 9 0 ，# * f5 0 m l # 镕m 月* * 女* e x 口m 自* 镕 镕a w 镕镕月自# 口( ) 。 = 、女t # i 目 厂_ 豳? j h # 目十女# & 镕t # # 4 日口* 自目 * 镕镕* 女* m ，* * “& l 。 圈圈 万方数据 1 2 魄碳酸钠溶解于5 0 i i 也水，溶液温度升高1 6 。 4 0 9 碳酸钠溶解于5 0 m l 水，溶液温度升高2 7 。2 o g 碳酸氢钠溶解于5 0 m l 水，溶液温度降低1 4 。4 o g 碳 酸氢钠溶鳃于5 l 水，溶液温度降低3 1 。 2 两种物质溶解的质量越大温度变化越大。但变化 程度不同。其中2 倍质量的碳酸钠溶解后温度升高不足 2 倍，而2 倍碳酸氢钠溶于水后温度降低大于2 倍。 3 影响溶液温度变化的其他因素可能还有：搅拌速 度，溶解时间，室温等。 四、理论分析 由实验得到的曲线我们得出结论：碳酸钠溶解是放 热的；碳酸氢钠溶解是吸热的。可以从热力学原理和溶 解热经验公式两个角度来分析碳酸钠和碳酸氢钠的溶 解热效应。 ( 1 ) 热力学原理分析 为探讨两种物质溶解过程热效应不同的原因。设计 如下热力学循环： m 泔。g 缝， ，日；解= 厶，日名格+ ，日票音 表2 相关物质的热力学数据 物质状态删( k j m 0 1 )物质状态 删( k j ，m 0 1 ) n a 2 c 0 3 s1 1 3 0 8 h c 0 3 。 a q 一6 9 1 9 9 n a h c 0 js 一9 5 0 8 0 c o 产a q 一6 6 7 1 4 h 2 0 l一2 8 5 8 3 h 2 c 0 3 a q 一6 9 9 0 c 0 2g 一3 9 3 5 l0 h a q 一2 3 0 o h + a q on a + g + 6 0 9 o n a + a q 一2 | 4 0 3 0 c o 产 g 一2 3 0 6 c l - a q 一1 6 7 。0 8 h c 0 3 _ g 一7 簟7 n a 2 c 0 3 溶解过程： n a 2 c 0 3 ( s ) = 2 n a + ( g ) + c 0 3 2 一( g )，巩格= + 2 1 1 8 1 0 k j ， m o l 2 n a + ( g ) + c 0 3 2 - ( g ) = 2 n a + ( a q ) + c o 产( a q ) ，曝合= 一2 1 3 4 5 4 l 【j m o l n a 2 c 0 3 ( s ) = 2 n a + ( a q ) + c 0 3 2 ( a q )，日；_ = 一1 6 4 4 妍 m o l ，日刍解= ，日盘格+ ，日乏合 2 o g 碳酸钠溶解放出热量 理论放出热量：q 舟( 一1 6 4 4 2 。o 1 0 6 ) k j = - o 。3 1 l 【j 实际放出热量：0 i = _ 4 2 j ( g ) 1 6 5 2 9 = 化学教与学2 0 1 2 年第9 期 旬3 5 k j 4 o g 碳酸钠溶解放出热量 理论放出热量：q # ( 一1 6 4 4 4 0 1 0 6 ) k j = _ o 6 2 k j 实际放出热量：g = o 2 影( g ) 2 7 5 4 9 = 一 0 6 1 k j 因此，q 1 口1 9 ；q 一秽。 n a h c 0 3 溶解过程： n a h c o ，( s ) = n a + ( g ) + h c 0 3 一( g ) 日磊格= + 8 1 4 1 0 k j ， m o l n a + ( g ) + h c 0 3 - ( g ) ：= n a + ( a q ) + h c 0 3 - ( a q )珂秉合= 一7 9 5 2 9 k j ，m o l n a h c 0 3 ( s ) = n a + ( a q ) + h c 0 3 - ( a q )露_ = + 1 8 8 1 o l ，日刍解= ，目毛格+ ，日象台 2 0 9 碳酸氢钠溶解吸收热量 理论吸收热量：q 粤( 1 8 8 1 2 0 8 4 ) k j = o 4 5 k j 实际吸收热量：q 3 - 4 2 ( 一1 4 ) 5 2 = 0 3 1 l ( j ( 矾0 9 碳酸氢钠溶解吸收热量 理论吸收热量：口舡( 1 8 8 1 x 4 o 8 4 ) k j = o 9 0 l ( j 实际吸收热量：q 4 ：- 4 2 ( 一3 1 ) 5 4 = 0 7 0 k j 因此，g 一秽；q 4 一秽。 热力学数据计算结果表明。碳酸钠的溶解焓小于o ， 其溶解过程放热；碳酸氢钠的溶解焓大于0 ，其溶解过程 吸热。 一 ( 2 ) 溶解热经验公式分析 也有人用如下经验公式计算物质的晶格焓和水合 焓： ，日：格= f i v z z ( r + r - ) ( 1 ) ，曝合= 近( z + ) + 毛( z 弛) ( 2 ) f _ 系数；v 一离子总数；z + _ 阳离子电荷数；z - - 阴离子 电荷数；r + - 阳离子半径；r - - 阴离子半径 并得出：当阴、阳离子半径不匹配时，即“和r 一差值 较大时，熙含的绝对值较大，常导致溶解过程放热；反 之，当阴、阳离子半径接近时，蛔暑格的贡献较大，会导致 溶解过程吸热。 具体对碳酸钠和碳酸氢钠而言，有如下比较： 表4 碳酸钠和碳酸氢钠阴阳离子半径比较 物质名称阴、阳离子半径p m阴阳离子半径之差，p m n a 2 c q 1 8 5 、9 5 9 0 n a h c 0 3 1 4 0 、9 54 5 碳酸钠阴阳离子半径差值是碳酸氢钠的2 倍。因 此，就碳酸钠而言，对溶解热效应影响较大的应该是水 ( 下转第9 4 页) 一8 7 万方数据 ( 2 ) 实验现象( 4 ) 实验更具趣味性，放热反应中，蓝色的碘一淀粉 8 烧杯内剧烈反应，产生大量气体。溶液褪成无色；紧接着在吸热反应中，褪色的碘一淀粉溶 b ，j 、试管中溶液由无色瞬间变为蓝色。液又立即恢复蓝色，整个过程像变魔术一样，颜色变化 诉学生温度升高或者下降，让学生知道反应是吸热反应此外，放热反应还可以用氧化钙与水反应，吸热反应 或是放热反应，然而全体学生不可能都清楚观察到温度还可以用碳酸氢铵与稀硫酸反应或硝酸铵与水反应，这些 计的变化，从而比较迷惑、被动地接受实验结果，这样便反应都可以用该实验装置在较短时间内达到同样的效果。 不利于学生对知识的理解。该实验设计更利于课堂演示 ( 1 ) 实验现象色彩化( 由蓝色- + 无色一蓝色) ，全体 1 田久沛，张秀英淀粉遇碘变蓝之后 j 中学化学教 学生都能清楚观察到讲台上的实验现象，从而有利于学 学参考，2 0 0 7 ，( 0 7 ) ：4 l 生对反应热效应的感知理解。 2 田宗学碘遇淀粉变蓝质疑一记一则有趣的可逆热色性小 ( 2 ) 实验装置简单，可操作性强，且放热反应和吸热 实验 j 他学教育，2 0 0 6 ，( 0 3 ) ：5 4 反应实验装置相同，整个实验过程耗时短，现象明显。 3 】张晓星，丁伟开发吸热反应和放热反应的新实验 j 教 盏古2 雾裂耋冀曼篙量篓! 曼置兰竺要； ：釜霎；主薹嚣萎盟嚣瓷学2 。必修，第二版 登享氢苎化钠溶液的滤纸可以吸收反应中放出的气体，”。三；：爻再三：迈忑：3 ：o ：；“1 ”“”“卜 ( 上接第8 7 页) 合焓；就碳酸氢钠而言，对溶解热效应影响较大的则是 过程热效应的实验探究 j 】化学教育，2 0 0 9 ，( 1 ) ：6 6 6 8 晶格焓。该经验公式可帮助我们对物质溶解的吸放热现 2 】赵风起，胡荣祖，徐司雨，高红旭，仪建华骷算正负离子标准 象进行初步判断。 水合焓的一种简易方法 j 】金能材料，2 0 0 7 ，( 6 ) ：6 6 4 _ 6 6 5 传感器技术能够在定性和定量的不同研究中起到 3 王世铭，林紫荣离子半径匹配与离子晶体的稳定性 j 使研究过程可视化的作用。进而使用理论知识对其现象 化学教育，1 9 9 8 ，( 4 ) ：3 9 - 4 i 做以解释和比较，让我们的理论更具有说服力和直观 4 严宣申溶解过程的热效应 j 批学教育，2 0 0 7 ，( 5 ) ：5 9 竺：、翟毫芝警三懋竺墅竺兰苎茔警竺竺二皆譬口1 墨淼拦嚣裟篡= 薏茎 和分析的思路，期待能够在教学中帮助学生更好的认识 教；，2 磊6 ，。( 2 ) ：；3 。6 l 碳酸钠和碳酸氢钠，并建立能量观点，为学生理解化学 6 钱扬义，陈健斌等应用手持技术”测定不同物质溶解于 反应过程中能量变化做好铺垫，也为解释相关反应的吸 水时溶液的温度变化一现代高科技与学科实验教学的整 热和放热过程的思考起抛砖引玉的作用。 合研究 j 中学化学教学参考，2 0 0 4 ，( 4 ) ：2 5 2 6 参考文献 8 】j a 迪安主编，魏俊发译兰氏化学手册 m 】。北京：科学出 1 】熊言林，徐泽忠，张燕，黄萍碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应版社，2 0 0 3 力。同时，又节省时间，大大提高了课堂效率。 总之。优化实验教学是培养学生创新和实验能力。 提高学生化学素质的有效方法。教师在教学过程中，要 善于调动学生感官，培养学生动手、动脑、动口的习惯， 注重拓宽学生的思维空间，激活学生思维的灵感，培养 和发展学生的创造性思维能力。使学生在广阔的思维空 间里，发挥自己的才能，创造出更新、更美的图画。 一9 4 一 参考文献 1 傅焕如浅谈化学教