Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

章建鋒+喬麗敏

摘要：針對(duì)中學(xué)教材中“Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”的不足，進(jìn)行了多種方案的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。分別介紹了“水中實(shí)驗(yàn)”、“泡沫實(shí)驗(yàn)”、“注射器替代氣球”和“石灰水替代氣球”四則實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案。這些實(shí)驗(yàn)方案具有簡(jiǎn)約性、趣味性和科學(xué)性，能明顯提高實(shí)驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：Na2CO3；NaHCO3；鹽酸；教材方案；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2015）6–0053–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

Na2CO3與NaHCO3是兩種常見的重要鈉鹽，其中關(guān)于Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，不同教材實(shí)驗(yàn)設(shè)置不同。人教版化學(xué)必修1中關(guān)于該知識(shí)點(diǎn)設(shè)置了一組演示實(shí)驗(yàn)[1]：在兩支試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個(gè)各裝有0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口，將氣球內(nèi)的Na2CO3和NaHCO3同時(shí)倒入試管中，觀察反應(yīng)現(xiàn)象（圖1“人教版”方案）。而蘇教版化學(xué)必修1中關(guān)于該知識(shí)點(diǎn)設(shè)置成探究實(shí)驗(yàn)，教材只給出了結(jié)論而未給出實(shí)驗(yàn)方案，但是教材在介紹Na2CO3與鹽酸反應(yīng)的性質(zhì)時(shí)，給出了實(shí)驗(yàn)方案的裝置圖[2]（圖1“蘇教版”裝置圖）：將膠頭滴管中的濃鹽酸加入廣口瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。因?yàn)樵诮虒W(xué)過程中學(xué)生立刻會(huì)討論出方案，可以使用“蘇教版”方案讓同濃度鹽酸同時(shí)與等量的Na2CO3和NaHCO3固體或與二者同濃度等體積的溶液反應(yīng)，對(duì)比二者氣球變大的情況來進(jìn)行驗(yàn)證。然而在實(shí)驗(yàn)中，出現(xiàn)了一些問題，如：裝置的氣密性無從驗(yàn)證；兩者與鹽酸反應(yīng)都很快，很難通過實(shí)驗(yàn)來比較“劇烈程度”；使用小氣球膨脹差異的比較雖然有時(shí)有一定效果，但是也有學(xué)生提出“碳酸鈉氣球”是否會(huì)存在漏氣等質(zhì)疑。針對(duì)諸如此類問題，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和探討。

1 “人教版”方案改進(jìn)

在實(shí)驗(yàn)儀器方面，“人教版”方案相對(duì)“蘇教版”方案要簡(jiǎn)單一些，兩者都具備實(shí)驗(yàn)的趣味性，但也存在裝置氣密性無法檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)過程中的漏氣問題，實(shí)驗(yàn)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，缺乏可信度。

1.1 “水中實(shí)驗(yàn)”方案

筆者在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備室里挑選不同口徑氣球多次進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣球口徑稍大則氣密性不好，氣球太小藥品不易裝入，相應(yīng)口徑太小也不易套住試管，因此教學(xué)演示前需要挑選合適口徑的氣球。在教學(xué)過程中，為了增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的可信度，筆者將“人教版”方案實(shí)驗(yàn)的環(huán)境進(jìn)行了改進(jìn)，讓其反應(yīng)過程中的氣密性檢驗(yàn)在水中進(jìn)行，即將套在試管上的氣球口浸沒在盛水的大燒杯中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為了不讓試管上浮，用試管夾夾住氣球與試管重疊的部分（圖2）。由于筆者事先經(jīng)過多次挑選，所以在教學(xué)演示時(shí)能很好地排除“碳酸鈉氣球”比“碳酸氫鈉氣球小”不是由于漏氣原因所致。

1.2 “泡沫實(shí)驗(yàn)”方案

由于Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)都很快，不易比較兩者的“劇烈程度”，是否可借助其他介質(zhì)來“放大”實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象呢？經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)后筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：分別將0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末置于兩支試管中，各加入5mL水溶解，再分別滴入1滴洗潔精，振蕩，待泡沫幾乎消失后，用兩支同型號(hào)膠頭滴管吸取6 mol/L的鹽酸各1滴管，同時(shí)滴入兩支試管中，觀察到Na2CO3溶液中的泡沫上升至試管中上部，而NaHCO3溶液中的泡沫快速?zèng)_至試管口甚至溢出，效果如圖3所示。該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯且具有較強(qiáng)的趣味性。

2 “蘇教版”方案改進(jìn)

“蘇教版”方案展示的裝置同樣存在氣密性無法檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)過程中漏氣幾率較大的問題。漏氣原因可能是由于瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)迅速增大，導(dǎo)致膠頭滴管的膠頭與玻璃管接合處或者是氣球與玻璃導(dǎo)管的接合處漏氣。

2.1 “注射器替代氣球”方案

曾有同行使用了葡萄糖口服液瓶（10mL，帶能倒扣的膠塞）的“單注射器”方案[3]（圖4）：瓶中放入0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末，用注射器吸入2mL 0.5 mol/L稀鹽酸，同時(shí)注入瓶中，觀察注射器活塞上升的快慢進(jìn)行判斷。該實(shí)驗(yàn)方案有藥品使用量少，氣密性容易檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)。筆者嘗試該實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)現(xiàn)在將注射器中的鹽酸部分注入瓶中時(shí)，立刻產(chǎn)生氣體，瓶?jī)?nèi)氣壓迅速增大，注射器中剩余鹽酸注入稍有困難但仍能完成注入，由于“自帶膠塞”厚度不大，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)迅速增大易將膠塞頂起而出現(xiàn)漏氣。為了解決這一問題，筆者嘗試使用了“雙注射器”方案（圖4）：將該瓶自帶膠塞改成實(shí)驗(yàn)室專用的厚膠塞，為了防止Na2CO3粉末遇水結(jié)塊，將0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末裝入瓶中后，各加入3mL水溶解，為了縮短鹽酸的注射時(shí)間，使用小量程注射器（5mL）均吸入0.5mL 2 mol/L稀鹽酸，同時(shí)將稀鹽酸注入瓶中后繼續(xù)抵住活塞，通過同時(shí)觀察另一注射器活塞向上移動(dòng)的快慢進(jìn)行判斷。

2.2 “石灰水替代氣球”方案

筆者通過對(duì)“人教版”方案改進(jìn)成敞口“泡沫實(shí)驗(yàn)”方案的過程中，聯(lián)想到另一種改進(jìn)方法，如圖5所示，將0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末裝入葡萄糖瓶（10mL）中后，各加入3mL水溶解，使用小量程注射器（5mL）均吸入2mL 0.5 mol/L稀鹽酸，試管中盛裝6mL澄清石灰水，同時(shí)將稀鹽酸注入瓶中后，對(duì)比同時(shí)間內(nèi)澄清石灰水的渾濁程度來進(jìn)行判斷。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的注意事項(xiàng)

3.1 “固液”反應(yīng)與“液液”反應(yīng)

從藥品的加入方式上看，“人教版”方案是Na2CO3、NaHCO3粉末“加入”酸（3mL稀鹽酸）中，“蘇教版”方案是酸（1滴管濃鹽酸）“加入”Na2CO3、NaHCO3溶液中。筆者曾在使用“蘇教版”方案時(shí)嘗試改用酸“加入”Na2CO3、NaHCO3粉末中，但是由于Na2CO3粉末遇水容易結(jié)塊，雖然其溶解度大于NaHCO3，但是其溶解過程沒有NaHCO3那樣“干脆”，因此將一滴管（1mL左右）鹽酸加入Na2CO3粉末中后，部分Na2CO3粉末遇水結(jié)塊（這一點(diǎn)在做二者溶解實(shí)驗(yàn)時(shí)也有體現(xiàn)），減小了Na2CO3粉末與鹽酸反應(yīng)的速率，更何況少量鹽酸并不能與粉末充分接觸，因此等到“實(shí)驗(yàn)結(jié)束”再去晃動(dòng)Na2CO3反應(yīng)的試劑瓶時(shí)，又有氣泡產(chǎn)生，故設(shè)計(jì)成溶液間的反應(yīng)更加適宜。基于這一點(diǎn)，在探究Na2CO3性質(zhì)時(shí)，“蘇教版”方案使用了“液液”反應(yīng)，筆者在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程中也注意到了這種情況。

3.2 注意鹽酸的濃度

在“人教版”方案和“蘇教版”方案實(shí)驗(yàn)中，由于存在漏氣的可能，因此不宜使用濃鹽酸，特別是NaHCO3與濃鹽酸反應(yīng)速率很快，該氣球容易漏氣，因此筆者在使用“水中實(shí)驗(yàn)”時(shí)采用了1 mol/L稀鹽酸。同樣為了減小反應(yīng)的速率，“注射器替代氣球”方案、“石灰水替代氣球”方案均適當(dāng)減小稀鹽酸的濃度，但是“泡沫實(shí)驗(yàn)”方案中，若使用1滴管稀鹽酸則泡沫產(chǎn)生不多，使用濃鹽酸則二者泡沫均快速產(chǎn)生，因此經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后“折中”選擇了6 mol/L的鹽酸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為宜。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)化學(xué)理論知識(shí)的重要依據(jù)，教學(xué)過程中不但要求化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)置具有趣味性、簡(jiǎn)約性，更需注意實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性，這樣才能讓學(xué)生體會(huì)到實(shí)際情況與化學(xué)理論知識(shí)相符，增強(qiáng)可信度。

以上四則實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案是在教材的基礎(chǔ)上加以改變，其中不同程度體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約性、趣味性、可信性。當(dāng)然要達(dá)到更好的效果，實(shí)驗(yàn)藥品的用量需要教師通過多次實(shí)驗(yàn)嘗試來確定。

參考文獻(xiàn)：

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[3]萬立新，李鳳桃. Na2CO3、NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2006，（1）：34.