碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液与盐酸反应的实验设计

2018-04-19余传继

考试周刊 2018年26期

摘要：为形象直观地向学生展示碳酸钠溶液与盐酸反应分两步进行，碳酸氢钠溶液与盐酸反应只有一步，笔者设计了一套实验装置，并介绍了利用该装置，在课堂中展示碳酸钠溶液与稀盐酸反应的实验探究过程。实践表明，该实验活动能更好地帮助学生领悟相关的化学反应原理，提升了教学效果。

关键词：碳酸钠溶液；盐酸；分步反应；实验

人教版高中化学必修1第三章《金属及其化合物》第二节《几种重要的金属化合物》中有碳酸钠和碳酸氢钠的性质教学内容，但教材中并未设计碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应相关实验。如分别向碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中逐滴滴加盐酸，理论上两溶液与盐酸反应现象是不同的，碳酸钠溶液和盐酸反应先无气体出现，当盐酸滴加到一定量时才出现二氧化碳气体，而碳酸氢钠溶液中从开始滴加盐酸就应有二氧化碳气体生成。原因在于碳酸钠溶液和盐酸反应有两步：（1）CO2-3+H+HCO-3；（2）HCO-3+H+H2O+CO2↑，碳酸氢钠溶液与盐酸反应就一步：HCO-3+H+H2O+CO2↑。但若用试管来演示向碳酸钠溶液逐滴滴加盐酸实验，实验结果表明，自始至终，碳酸钠溶液中均会有明显的气泡生成。

为什么实验现象与理论结果不一致？笔者认为主要原因：可能是向碳酸鈉溶液中滴加盐酸后，盐酸并不能均匀快速的分散到整个碳酸钠溶液中，从而使得碳酸钠溶液局部范围内盐酸过量，连续发生两步反应，生成了二氧化碳气体。

为形象直观地向学生展示碳酸钠溶液与盐酸反应分两步进行，碳酸氢钠溶液与盐酸反应只有一步。现设计如下实验：

实验器材：相同大小的两支硬质玻璃管、两个橡胶塞、两个气球、滴定管夹、两支规格（20 mL）相同且带有针头的注射器。

实验操作步骤：

1. 两支硬质玻璃管下端均用橡胶塞塞紧。

2. 向左边玻璃管中注入5 mL 1 mol/L的碳酸钠溶液，向右边玻璃管中注入5 mL 1 mol/L的碳酸氢钠溶液。在两根玻璃管上端均套上两个规格相同的气球，并用细铁丝扎紧。

3. 取两支规格相同的注射器，均吸入0.5 mol/L的盐酸20 mL，将两支注射器分别扎进两根玻璃管的橡胶塞中。

4. 将两支注射器中的盐酸同时按相同的速率，缓缓的注射到玻璃管中。

实验现象：

当左侧玻璃管注射进的盐酸体积小于10 mL时，玻璃管中只有非常少量的气泡产生，其上端气球无明显现象，但当注射进盐酸体积超过10 mL时，该玻璃管中产生了大量气泡，其上方的气球也逐渐快速鼓了起来。右侧玻璃管一注射进盐酸后，就有大量气泡生成，其上端气球明显渐渐鼓了起来。当向两根玻璃管中均注射完全部盐酸后，两玻璃管上端气球膨胀体积达到最大且体积相等。

实验结论：

通过对比实验现象分析，证明碳酸钠溶液与盐酸分两步反应，第一步不产生气体，第二步才产生气体，而碳酸氢钠溶液与盐酸反应只有一步。当盐酸足量时，等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠产生的二氧化碳气体体积相等。

实验装置优点：

1. 能较直观的说明碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液与盐酸反应现象不同，碳酸钠溶液开始无明显气体产生，待盐酸注入一半量后才产生气体，碳酸氢钠溶液自始至终都有气体生成。

2. 通过气球膨胀体积大小的比较很容易得出结论：当盐酸足量时，等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠产生的二氧化碳气体体积相等。

3. 实验时所使用的盐酸浓度是碳酸钠、碳酸氢钠溶液浓度的一半，这样有效减少了刚开始时碳酸钠溶液中产生气体（理论上不应该有气体）。另因采用了从玻璃管下端向上注射盐酸的方法，使产生的二氧化碳在溶液中逆重力向上，使其与碳酸钠溶液充分接触，进一步减少了碳酸钠溶液中刚开始加入盐酸过程中产生气体的干扰。

4. 装置简单，操作方便。

实验成功关键：

1. 药品的浓度与用量要恰当：为避免加入盐酸过程中，盐酸局部浓度过高，碳酸钠溶液宜用饱和溶液。另盐酸浓度为碳酸钠和碳酸氢钠溶液的一半，致使盐酸理论体积消耗量比较大，微量的盐酸加入碳酸钠溶液，出现局部酸浓度过大的概率减小。

2. 在实验过程中，要保证装置的气密性良好，注射器活塞推进快慢要一致。

参考文献：

[1]伍强.碳酸钠溶液与稀盐酸反应实验探究[J].化学教学，2014（9）：57-58.