碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进

1、碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进摘要：高中化学第一册(人民教育出版社化学室编著2003年6月第1版)中，第32页【实验27】是为证明“Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，但NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀盐酸的反应剧烈得多”而做的实验，但是该实验往往进行的不尽如人意，并且只能由观察实验现象而从定性方面带给学生理解。而本试验不仅仅从气密性等方面改进了实验装置，使实验成功率大大提升，更可以从定性表征以及定量计算两方面深化学生对于本实验的印象从而加深学生对于碳酸钠和碳酸氢钠区别的理解以及记忆。关键词：碳酸钠 碳酸氢钠 实验改进、【研究问题的提出】 高中化学第一册(人民教育

2、出版社2003年6月第1版)中，第32页有【实验27】，是这样描述的：在两只试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3g Na2CO3，和NaHCO3粉末的小气球分别套在两只试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3，同时倒入试管中，比较它们放出CO2的快慢。由此实验得出的结论是：Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，但NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀盐酸的反应剧烈得多。 但是课本实验存在着如下几个不足，首先，将气球简单的套在管口，气密性差，且在气球胀大时易脱落。其次，粉末粘附在气球内壁与试管内壁上较多，实际参加反应的Na2CO3和NaHCO3的质量不等。第三，学生只

3、能通过实验现象来认知NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀盐酸的反应剧烈，但是只有定型表征并不足够有说服力。第四，化学反应速率的快慢不仅取决于物质的性质，还与反应物的浓度有关。0.3gNa2CO3的物质的量为0.0028mol，0.3g NaHCO3的物质的量为O0036mol，加入3mL稀盐酸后，如果不考虑溶液体积变化，Na2CO3的物质的量浓度为0.93mol/L，NaHCO3的物质的量浓度为1.2mol/L，由此来比较反应速率是不科学的。第五，浓度小于6mol/L的盐酸都可称之为稀盐酸，原实验只是模糊的说要用稀盐酸，这在操作中是不好把握的。【解决问题的设想】基于上述提出的四点不足

4、，我们小组提出了如下几点对应的解决方案。1、对于使用气球收集气体气密性差的原实验，我们采用了排水法收集气体，排水法大大的提高了收集气体的气密性，但是也存在着CO2可溶于水的不足。2、对于Na2CO3和NaHCO3的质量不等以及物质的量不等的问题，我们采取的方法是使Na2CO3和NaHCO3均大大过量，从而由控制稀盐酸的浓度相同来控制反应条件一致。3、对于原实验只能给学生定型表征，我们设计了由排出同样体积的CO2所用的时间的对应关系来求得反应速率，从定量计算的角度来使学生深化对于碳酸钠和碳酸氢钠区别的理解以及记忆。4、对于盐酸浓度的确定，我们查阅了相关文献资料。文献中实验证明只有浓度在0.5-1

5、.0mol/L的稀盐酸跟Na2CO3和NaHCO3反应才能根据反应的剧烈程度区分反应的剧烈程度。同时，实验室有提供配制好的1mol/L稀盐酸，故本小组则采用浓度为1.0mol/L稀盐酸作为与Na2CO3和NaHCO3反应的试剂。【设计实验方案】1、实验原理Na2CO3和NaHCO3反应产生CO2，但是根据反应方程式可知两种固体的反应产生的快慢有很大的区别。本实验是Na2CO3和NaHCO3大大过量，所以Na2CO3不会立刻和稀盐酸发生的反应，而是先与稀盐酸反应生成NaHCO3，再由NaHCO3与稀盐酸反应生成CO2。所以会出现NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀盐酸的反应剧烈得多的实

6、验结果。 并由排出同样体积的水即收集相同体积的CO2所用的时间计算出反映的速率之比。从定量计算角度再次理解这个问题。2、实验仪器及试剂(1)试剂：碳酸钠固体、碳酸氢钠固体、1.0mol/L稀盐酸溶液(2)仪器：铁架台、圆底烧瓶、单孔橡胶塞、分液漏斗（20ml）、橡胶导管、玻璃弯管、集气瓶（100ml）、双孔橡胶塞、锥形瓶(200ml)3、实验步骤1、如下图组装1套反应装置,组装好后，检查装置气密性。2、向圆底烧瓶中加入1g Na2CO3 固体，向分液漏斗中加入10ml稀盐酸。（体积约为分液漏斗的一半）3、打开分液漏斗，开始滴加稀盐酸，观察实验现象，并在排出水的量为10ml即收集的气体的体积为1

7、0ml时记录所用时间并停止反应。4、将药品换成NaHCO3并重复步骤2,3。5、处理实验数据。4、实验装置图1.铁架台2.支管圆底烧瓶（内装有药品）3.分液漏斗（内装有稀盐酸）4.集气瓶（内装有水）5.锥形瓶（带刻度） 【实验过程记录】1、在进行NaHCO3与稀盐酸反应实验时，0-5s的时间段中气体生成速度越来越快，且反应进行的十分剧烈，可观察到由于产生气泡的速度很快，圆底烧瓶里液体呈白色（气泡产生破裂速度极快导致）看不清药品表面的气泡。并有大量水排出，很快就收集到10ml水。2、在进行Na2CO3与稀盐酸反应实验时，0-5s的时间段中气体生成速度越来越快，且反应进行的较为剧烈，可看清药品表面

8、的气泡，排水速度也稍缓慢，收集到10ml水后停止试验。【实验结果与数据分析】1. 实验数据分析实验药品用量： NaHCO3 ：1.6g、Na2CO3：2.0g、HCl（6mol/L）：10mL 气体体积反应时间50mL100mL150mL200mLNaHCO3 /s4.069.1426.5969.13Na2CO3 /s5.019.3115.5130.54从以上的数据和图表我们可以直观地看出，同样生成50ml的气体，碳酸氢钠与碳酸钠反应时所需要的时间更少，从定量的角度我们成功地证明了碳酸氢钠与盐酸的反应比碳酸钠和盐酸的反应更容易进行。从实验原理进行分析，我们知道，碳酸钠与盐酸反应的过程需要分两步

9、进行。第一步：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3 ； 第二步：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+ CO2一开始的时候，碳酸钠与盐酸反应，必须全部转化为碳酸氢钠之后才能继续与盐酸反应生成二氧化碳气体，而碳酸氢钠与盐酸反应是一步进行的。反应原理如下：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+ CO2所以，碳酸氢钠与盐酸反应的速率要远远比碳酸钠和盐酸反应的速率大得多。但是随之我们发现，在生成100mL的气体后，碳酸钠的反应速率要比碳酸氢钠大得多。这是因为在后期的反应中，碳酸钠完全转化为碳酸氢钠，溶液中碳酸氢钠的浓度要比之前大得多，所以在后期碳酸钠的反应速率反而比碳酸钠的反应速率要快。而

10、且，我们发现，碳酸钠与盐酸的反应是一个放热反应而碳酸氢钠与盐酸反应是一个吸热反应。由于在反应过程中放出热量，温度升高，会使反应的速率加快，因此在后期的反应中，碳酸钠与盐酸的反应呈加快的趋势。相反的，碳酸氢钠与盐酸的反应则呈现出相对缓慢的趋势。实际上，我认为在本次实验中，采用碳酸钠和碳酸氢钠固体可能会对实验结果产生一定的干扰。我们发现，当盐酸的浓度比较低的时候，在较短的实验内碳酸钠和碳酸氢钠均不能够完全溶解，会造成一定的实验误差，因此，我们最好改用碳酸钠或者碳酸氢钠溶液来进行反应。另外，由于作用盐酸的浓度过高，反应又伴随着吸热和放热同时进行，盐酸在反应的过程中有可能受热逸出，与饱和碳酸氢钠溶液反

11、应，造成非反应生成气体原因的排水体积的变化，同样会影响到实验的结果。2. 其他改进方法节选将中学实验与大学知识结合起来，用大学知识来区别碳酸钠和碳酸氢钠这两种不同的物质，以下是参考文献的相关鉴别方法。在实验过程中发现，碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的热效应是明显不同的，碳酸氢钠与稀盐酸反应是一个吸热反应，而碳酸钠与稀盐酸反应是一个放热反应，我们设计了如下实验，用定量研究的方法来证明：分别用两只具支试管，各用一个与具支试管配套的双孔塞子，一个孔中装一支温度计，另一个孔中装一个分液漏斗。实验装置如下： 两只具支试管中分别加入1g NaHCO3和Na2CO3固体，分液漏斗中分别盛有10ml、

12、2mol/L稀盐酸，采用具支试管，可以便于产生的气体逸出。同时打开两个漏斗的活塞，把10ml稀盐酸完全放出，会观察到：Na2CO3和NaHCO3与稀盐酸地反应程度同样剧烈，这时候仅从反应的剧烈程度是难以区分出Na2CO3和NaHCO3的，但是1g Na2CO3和NaHCO3与10ml、2mol/L不仅完全反应的时间是不同的，且反应后溶液的温度发生了明显的变化，1g Na2CO3与10ml稀盐酸完全反应温度由室温升高了，用手触摸式管底部，可以明显的感觉到试管变热；1g NaHCO3与10ml稀盐酸完全反应温度由室温降低了，这时候用手触摸试管底部，会感觉到试管底部变得非常凉，从温度变化我们可以知道

13、，Na2CO3和NaHCO3与稀盐酸伴随着明显的吸热和放热现象，我们可以从这两个反应的标准摩尔反应焓变来解释这一现象：Na2CO3(s)+2H+=2Na+H2O(l)+CO2(g) NaHCO3(s)+H+=Na+H2O(l)+CO2(g) 物质Na2CO3(s)NaHCO3(s)H+H2O(l)Na+CO2(g)rHm,298（KJ/mol）1130.68947.70285.83239.66393.51（数据来源于）根据公式：rHm=(fHm)产物(fHm)反应物27.98KJ/mol(rHm0，此反应为放热反应)反应r,298=(239.66)(285.83)(393.51)(947.7)

14、0=28.7 KJ/mol(rHm0，此反应为吸热反应)通过计算，我们可以很好的解释了Na2CO3和NaHCO3固体与稀盐酸反应的热效应的不同：反应的rHm,298=2×(239.66)(285.83)(393.51)(1130.68)2×0= 27.98 KJ/mol(rHm<0，为区分碳酸钠和碳酸氢钠提供了一个比较好的方法。3. 通过查阅许多文献资料，下面呈现部分优秀的改良实验装置。3.1.2实验步骤1.分别在三叉管的支管A和支管B中加入等摩尔(0.01摩尔即1.06克的碳酸钠和0.84克的碳酸氢钠)的碳酸钠和碳酸氢钠固体;并将三叉管固定在铁架台上;2.在两支滴管

15、中分别吸入等体积(l2ml)的0.5M的盐酸;3.将上述带有滴管(吸入0.5M 1一2ml盐酸)橡塞塞紧三叉管管口;4.用手同时捏挤两支滴管的胶头，使盐酸分别注入A、B支管。3.1使用三叉管改进实验3.1.1实验装置图3.1.3实验的优缺点：优点：1.装置简约，方便；2. 节约试剂；3. 操作简单，并且能够形成比照实验；缺点：1.体系处理封闭状态，容易造成“冲塞”现象；2.较难控制反应的进行；3.2使用注射活塞改进实验3.2.1实验装置图3.2.2实验步骤1. 在两个集气瓶中分别加入125ml的滴有红墨水的饱和碳酸氢钠溶液。 2. 注射器内吸入适量空气后，塞紧胶塞，按下注射器活塞，检查装置的气

16、密性。3. 两支具支管中登分别加入0.1g碳酸钠和0.08g碳酸氢钠粉末，两支注射器中各抽取5ml 1mol/L的稀盐酸，将针头扎在橡胶塞上。4. 用注射器同压板同时按下注射器活塞，注入稀盐酸。3.2.3实验优缺点：优点：1.利用同压板可以保证两个反应同时进行，操作简单，实验现象明显，对比性强，同时也增加了实验的趣味性。2.为科学探究碳酸根和氢离子结合过程提供强有力的实验保证。缺点：1.操作相对其他装置较复杂。2.实验的器材需要自己进行处理。【参考文献】1 张秋彦. 碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸J. 教学仪器与实验, 2010, 26(3):19-20.2 周汉芳. 碳酸钠、碳酸氢钠.与盐酸反应J. 化学教学, 1989(1):26.3 李德玉. 鉴别碳酸钠和碳酸氢钠实验的改进J. 中学化学教学参考, 1988(03):14.