碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)對比實驗的研究

1、第 PAGE 3頁共3頁碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)對比實驗的研究伍強（甌海區(qū)第一高級中學，浙江 溫州 325060）摘要：為使碳酸鈉和碳酸氫鈉固體的熱穩(wěn)定性實驗具有較好的對比性、探究性、直觀性和簡約性，設(shè)計了用油浴同時加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉固體的對比實驗。為解決氯化鈣溶液與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的教學疑難問題，設(shè)計了不同濃度的碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液分別與氯化鈣溶液反應(yīng)的對比實驗。通過對比實驗教學，學生能較好地領(lǐng)悟物質(zhì)化學反應(yīng)原理、了解科學探究方法，從而提升了學習效果。關(guān)鍵詞：碳酸鈉；碳酸氫鈉；對比實驗；熱穩(wěn)定性；實驗探究Na2CO3和NaHCO3都是碳酸鹽，化學性質(zhì)既有相似又有差異，通常采用對比的方法進行教學

2、。現(xiàn)行教材和文獻報道的，對Na2CO3和NaHCO3固體熱穩(wěn)定性對比實驗的設(shè)計存在一定程度的缺陷。為解決設(shè)計上的缺陷，筆者設(shè)計了用油浴同時加熱Na2CO3和NaHCO3固體的對比實驗。在教學中，人們對CaCl2溶液與NaHCO3溶液的反應(yīng)持有三種說法：不能反應(yīng)、能反應(yīng)生成沉淀、能反應(yīng)生成沉淀和氣體。為較好地解決該疑難問題，筆者設(shè)計了不同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液分別與CaCl2溶液反應(yīng)的對比實驗。通過對比實驗教學，學生能較好地領(lǐng)悟物質(zhì)化學反應(yīng)原理、了解科學探究方法，從而提升了學習效果。1比較Na2CO3和NaHCO3固體熱穩(wěn)定性的實驗碳酸氫鈉碳酸鈉圖1 套管實驗裝置對于Na2CO3和

3、NaHCO3固體的熱穩(wěn)定性實驗，人教版方案是將Na2CO3和NaHCO3的固體分別裝在兩支試管中，用酒精燈加熱，將可能生成的氣體通入澄清石灰水中1，實驗現(xiàn)象明顯。缺點是分別做兩次實驗，需兩次加熱，實驗加熱環(huán)境不同，因此實驗對比性差。為使實驗對比性強，已有如下一些實驗設(shè)計。（1）套管實驗2。實驗裝置如圖1所示，實驗現(xiàn)象明顯，且只需一次加熱。但此實驗把不易分解的Na2CO3固體放在溫度較高的外管，把易分解的NaHCO3固體放在溫度較低的內(nèi)管。這是在NaHCO3比Na2CO3容易分解的前提下設(shè)計的，實驗預(yù)設(shè)性太強，缺乏探究性。碳酸氫鈉圖2 長柄V型玻璃管實驗裝置碳酸鈉石灰水（2）長柄V型玻璃管實驗3

4、。實驗裝置如圖2所示，將兩支長柄V型玻璃管并列固定，實驗時在兩支玻璃管中間用酒精燈加熱，加熱環(huán)境可認為相同，增強了Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性實驗的對比性。但此實驗存在以下缺點：在水平放置的玻璃管中加入Na2CO3和NaHCO3的固體至適當?shù)奈恢?，操作難度大且費時；加入澄清石灰水如圖2所示的量，澄清石灰水變渾濁現(xiàn)象不明顯，坐在幾米外的學生難以觀察到實驗現(xiàn)象；增加澄清石灰水加入的量，實驗時會造成石灰水從玻璃管中噴出的現(xiàn)象。這些實驗設(shè)計理念或?qū)嶒灛F(xiàn)象還是不盡如人意，為此筆者設(shè)計一套新的實驗裝置，采用油浴同時加熱Na2CO3和NaHCO3的固體，比較實驗現(xiàn)象，能讓學生領(lǐng)悟NaHCO3熱分解化學

5、反應(yīng)的原理。1.1實驗裝置的設(shè)計設(shè)計的實驗裝置如圖3所示，先制作一端封閉的玻璃彎管：取內(nèi)徑為6mm適當長度的粗玻璃管，一端口在酒精噴燈火焰上熔化并封閉，距另一端口適當位置彎成90度角（注：彎角的弧度稍大一些，有利于固體粉末裝入）。將Na2CO3和NaHCO3固體分別裝入一端封閉的玻璃彎管中，用食用油油浴加熱，將可能生成的氣體通入澄清石灰水中。澄清石灰水澄清石灰水碳酸鈉碳酸氫鈉食用油圖2 油浴加熱實驗裝置1.2油浴同時加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉固體的對比實驗在大試管中加入食用油，兩邊小試管中加入澄清石灰水。用塑料飲料吸管向左側(cè)一端封閉的玻璃彎管中加入NaHCO3固體，連接好導(dǎo)管，然后分別插入食用油和澄

6、清石灰水中。以同樣的方法向右側(cè)一端封閉的玻璃彎管中加入Na2CO3固體并組裝儀器。最后將溫度計插入食用油中。點燃酒精燈加熱約2分鐘，食用油溫度升高至130140時，右側(cè)的澄清石灰水無明顯現(xiàn)象，左側(cè)的澄清石灰水變渾濁。加熱Na2CO3固體不分解，加熱NaHCO3固體分解生成CO2、Na2CO3和H2O。注：碳酸氫鈉超過100即開始分解，溫度升高，分解加快4。1.3 實驗設(shè)計的思考油浴同時加熱Na2CO3和NaHCO3的固體，加熱溫度相同，實驗對比性強，能增強學生科學的探究意識。實驗現(xiàn)象明顯，便于學生觀察。實驗只需一次加熱，操作簡便。實驗采用油浴加熱，能拓展學生的知識面，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。粗略地

7、測定了NaHCO3分解的溫度，學生對其熱穩(wěn)定性印象深刻。2比較CaCl2溶液鑒別Na2CO3和NaHCO3溶液的實驗2015年溫州市高三第二次適應(yīng)性測試理科綜合能力測試第27題中有一小題：“足量氣體2（CO2）與溶液1（NaAlO2溶液）反應(yīng)的離子方程式為 。有人認為，判斷該反應(yīng)的氣體2（CO2）是否過量較難，應(yīng)對其中一種產(chǎn)物是正鹽還是酸式鹽進行檢驗，請設(shè)計實驗證明這一產(chǎn)物的成分 。（可選的試劑為：氨水、NaOH溶液、稀硫酸、CaCl2溶液）?！碧峁﹨⒖即鸢甘牵骸癈O2+AlOeq oal(,2)+2H2OAl(OH)3+HCOeq oal(,3)。取反應(yīng)后的溶液少許于試管中，滴加過量的CaC

8、l2溶液，若出現(xiàn)白色沉淀，則產(chǎn)物中有正鹽；過濾后，向濾液中滴加NaOH溶液，若又出現(xiàn)白色沉淀，則產(chǎn)物中有酸式鹽。若二者都出現(xiàn)，為二者混合物?！泵}者認為CaCl2溶液與NaHCO3溶液不能反應(yīng)。事實上，Ca2+不能與HCOeq oal(,3)大量共存，CaCl2溶液能與NaHCO3溶液反應(yīng)5，CaCl2溶液和NaHCO3溶液等體積混合，當c(NaHCO3)c(CaCl2)2.0103mol2L2時，會有渾濁現(xiàn)象產(chǎn)生6，因此CaCl2溶液與NaHCO3溶液的反應(yīng)成為教學的疑難問題。為此筆者將不同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液分別與CaCl2溶液反應(yīng)設(shè)計成多組對比實驗，比較實驗現(xiàn)象，能讓學生

9、領(lǐng)悟CaCl2溶液與NaHCO3溶液化學反應(yīng)的原理。2.1CaCl2溶液和NaHCO3溶液反應(yīng)的探究首先分別配制物質(zhì)的量濃度均為1 molL1的CaCl2和NaHCO3溶液，然后稀釋同樣倍數(shù)后等體積混合并搖勻（必要時可水浴加熱溶液），觀察實驗現(xiàn)象。實驗結(jié)果見表1。表1 CaCl2溶液和NaHCO3溶液反應(yīng)的探究稀釋至倍數(shù)反應(yīng)物濃度mol/L等體積混合并搖勻的實驗現(xiàn)象不稀釋1大量沉淀和大量氣泡20.5大量沉淀、1分鐘后產(chǎn)生少量氣泡50.2少量沉淀無氣泡，水浴加熱產(chǎn)生少量氣泡200.05微量沉淀無氣泡，水浴加熱無氣泡，250.04澄清500.02澄清由以上探究可知，不同濃度的NaHCO3溶液與Ca

10、Cl2溶液反應(yīng)呈現(xiàn)多種實驗現(xiàn)象。用CaCl2溶液和水浴加熱輔助可以鑒別較濃的NaHCO3溶液。2.2不同濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液分別與CaCl2溶液反應(yīng)的對比實驗由于不同濃度的NaHCO3溶液與CaCl2溶液反應(yīng)呈現(xiàn)多種實驗現(xiàn)象，因此選擇有代表性的物質(zhì)的量濃度設(shè)計成多組對比實驗。在教學中作如下設(shè)計：取不同物質(zhì)的量濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液，分別加入適量的1mol/LCaCl2溶液并搖勻，然后用水浴加熱，記錄實驗現(xiàn)象（見表2），寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式。表2 Na2CO3溶液和NaHCO3溶液鑒別實驗現(xiàn)象記錄實驗組號Na2CO3溶液濃度mol/L加CaCl2溶液的實驗現(xiàn)象N

11、aHCO3溶液濃度mol/L加CaCl2溶液的實驗現(xiàn)象11.0大量沉淀1.0大量沉淀和大量氣泡20.2大量沉淀0.2少量沉淀無氣泡，水浴加熱產(chǎn)生少量氣泡30.02少量沉淀0.02澄清反應(yīng)的離子方程式：Ca2+ COeq oal(2,3)CaCO3，Ca2+2HCOeq oal(,3)CaCO3+CO2+ H2O2.3實驗設(shè)計的思考CaCl2溶液與不同濃度的Na2CO3溶液反應(yīng)均生成沉淀，可以用CaCl2溶液鑒別Na2CO3溶液。CaCl2溶液與較濃的NaHCO3溶液能反應(yīng)，用CaCl2溶液和水浴加熱輔助可以鑒別較濃的NaHCO3溶液；CaCl2溶液與較稀的NaHCO3溶液不能反應(yīng)，無明顯實驗現(xiàn)

12、象，因此用CaCl2溶液鑒別NaHCO3溶液并不可取。作為一線教師對CaCl2溶液與NaHCO3溶液反應(yīng)情況必須給學生有一個真實的了解，更不可假設(shè)Ca2+和HCOeq oal(,3)能大量共存于溶液中作為背景來命制試題，用作高考適應(yīng)性測試。人們一直在設(shè)計Na2CO3和NaHCO3固體熱穩(wěn)定性的對比實驗，從教材方案實驗到套管實驗、長柄V型玻璃管實驗等，到本文的油浴法實驗，不斷地完善并融入新的教學理念。本文的油浴法實驗具有很好的對比性、探究性、直觀性和簡約性，可以粗略地測定NaHCO3分解的溫度，學生對其熱穩(wěn)定性印象深刻。人們對CaCl2溶液與NaHCO3溶液反應(yīng)的認識在不斷地深入，起初認識是從過

13、量CO2氣體通入澄清石灰水中，溶液先變渾濁再變澄清的實驗開始的，該實驗讓人誤認為Ca2+和HCOeq oal(,3)能大量共存于溶液中，但事實上溶液中Ca2+和HCOeq oal(,3)的濃度是很低的。之后通過實驗發(fā)現(xiàn)CaCl2溶液與NaHCO3溶液能反應(yīng)生成沉淀，再到CaCl2濃溶液與NaHCO3濃溶液反應(yīng)生成沉淀和氣體。目前在課堂中開展的CaCl2溶液與NaHCO3溶液的反應(yīng)呈現(xiàn)多種實驗現(xiàn)象的探討，不能否認知識在不斷更新、教學在不斷進步的事實。參考文獻：1 宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書化學1(第3版)M.北京:人民教育出版社,2007:56-57. 2 李俊生. NaHCO3和Na2CO3熱穩(wěn)定性對比實驗的設(shè)計J.化學教學,1997,(1):12.3 陳立銘,