新课程背景下碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性对比实验的创新研究

孙文平 赵长春

摘要：近年来有关碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性的实验设计既是热点也是难点。通过对课程标准和教材有关碳酸钠和碳酸氢钠内容的描述，笔者发现应该设计对比实验来探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性更有利于学生理解和掌握。但在分析已知的对比实验的设计，这些实验设计都有存在的问题有待解决。本研究在评析现有实验方案的基础上，提出更为科学的创新实验设计，以及设计对比实验所依据的原则，对于碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性性质比较的教学上提供新的思路和方法，让学生更加深刻的了解对比实验的方法，从而提升学习效果。

关键词：对比实验;热稳定性;创新设计

碳酸钠和碳酸氢钠是高中阶段两种重要的有关钠的化合物，两者性质上既有相似又有不同，在高考化学试题中也是作为高频考点出现。通常大部分教师在碳酸钠和碳酸氢钠性质的教学上采用对比法，加深学生对两种物质在物理或化学性质上的差异和联系的理解，收到很好的教学效果。但是在讲解碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性时，很多教师往往通过阅读教材实验内容，给同学们描述实验现象，直接给出实验结论，碳酸钠比碳酸氢钠热稳定性更好。还有一些教师带领学生做实验或是演示实验，但是也容易忽略实验的严谨性和科学性。本研究正是在此基础上，在梳理之前的有关碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性对比实验的方案，找出存在的问题和不足，依据设计对比实验的基本原则，提出更为科学的实验设计方案，以期在教学上提供新的思路和方法，让学生更加深刻的了解对比实验的方法，从而提升学习效果。

一、新课程标准和教材内容的阐述。

1.1新课标要求

依据普通高中化学课程标准（2017版）对于碳酸钠和碳酸氢钠的知识要求对应的是“主题2：常见的无机物及其应用，第四个小标题2.4金属及化合物”，具体内容要求：“了解钠及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用”。^[1]课标在学习活动建议上注重碳酸钠和碳酸氢钠性质比较在实验及探究活动上联系，教学策略方面，重视开展高水平的实验探究活动。

1.2教材内容展示

依据人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修一，有关碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性相关实验探究在第三章金属及其化合物第二节几种重要的金属化合物第56页中科学探索部分。碳酸钠和碳酸氢钠的性质探究第二个问题，碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性探究实验，实验装置如下图所示：

利用上述装置分别用碳酸氢钠和碳酸钠做实验，观察现象。教材实验是将碳酸氢钠和碳酸钠分别加热在通过玻璃管通入澄清石灰水中，如果澄清石灰水变混浊，则说明产生二氧化碳气体，进而证明该物质热稳定性差。该实验设计优点实验现象明显，装置简单，缺点是对比性差，加热两次浪费能源，不符合经济环保的原则。

二、已有对比实验设计分析

2.1经典套管实验

整套实验装置如图2-1所示，外层的达试管装的是碳酸钠固体，内层装入碳酸氢钠固体，并在两套管外分别用玻璃管连装有澄清石灰水的大试管，加热。发现试管1中澄清石灰水变混浊，试管2中澄清石灰水基本无变化，则可证明碳酸氢钠热稳定较差。

本实验利用一次实验即可证明碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，内层试管温度比外层试管温度低还分解即证明碳酸钠热稳定性比碳酸氢钠好。本实验优点是装置简单，现象易于对比，与两次加热相比更节约能源。但是本实验我们前提预设碳酸氢钠比碳酸钠更易分解是已知结论，从探究实验的角度来看，为什么不把碳酸氢钠装在外管，碳酸钠装在内管？在我们已知结论再去设计实验方案不科学。如果在做一组对比实验，就跟之前教材实验没有什么差别，反而更麻烦。

2.2长柄V型玻璃管实验^[2]

实验装置如图2-2所示，将2个长柄V型玻璃管按水平并排紧挨在一起，然后固定到铁架台上，将长柄玻璃管的左端略向下倾斜，防止样品加热时产生的冷凝水回流炸裂玻璃管。将酒精灯放在固体的正下方，让酒精灯的外焰同时加热碳酸钠和碳酸氢钠。观察石灰水的现象即可判断两者的稳定性。

2-2长柄V型玻璃管实验

本实验的优点较之前的设计方案，集成性更高，装置更为简单，利用长柄V型玻璃管这个特殊形制的玻璃仪器使得组装仪器更为简单方便，提高实验教学的效率。实验设计简单的同时又造成新的问题，本实验让酒精灯的外焰同时加热碳酸钠和碳酸氢钠，使两者同时受热，但是在实验过程中随空气流动，酒精灯的外焰不稳定，所以兩者受热环境还是有所不同。其次，本实验要保证碳酸钠和碳酸氢钠放入玻璃管的位置相同，具体实验操作难度大，不易控制。

三、创新实验方案的设计

3-1创新实验设计依据的原则

（1）要符合化学实验设计方案的基本原则

如遵循科学性原则、可行性原则、简约性原则、安全性原则。教材的实验就没有很好的注重简约性原则，两次实验加热浪费能源;套管实验是已知结论在设计方案没有很好的遵循科学性原则。

（2）创新实验的效果要明显优于之前的实验

创新实验就是在已知之前实验的优缺点的基础上加以改进，使实验方案更为科学合理，改进已有实验的缺点或不足，使实验效果更为明显。长柄V型玻璃管实验较套管实验，对比性更强更为直观，组装仪器更为简单。

（3）创新实验方案的设计要以课堂教学为依托

在设计创新实验时要考虑实施具体环境，以及改进的价值，改进后实用性如何，经济成本和推广性也需要考虑。本实验的创新方案要在课堂教学中加以实施，长柄V型玻璃管的实验装置很巧妙，但是在中学阶段，学校没有此类仪器，需要额外购置。

3-2具体创新实验设计

碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性对比实验的创新实验装置如图3-1所示，首先取两个根等长的口径较粗的玻璃管，用酒精灯外焰将玻璃管一端封闭，另一端适当位置弯成一定弧度（不要角度太小不利于药品的加入）。从开口的一端分别将碳酸钠和碳酸氢钠装入端口封闭的玻璃管中，通过胶管连接另一的玻璃管通入澄清石灰水中。再将两个端口封闭的玻璃管放入盛有植物油的大试管中（植物油可以选择蓖麻油），将实验装置按图安装好，点燃酒精灯开始实验。

本实验的优点，第一，相对于套管实验和长柄V型玻璃管实验，采用油浴的方法，对碳酸钠和碳酸氢钠同时加热，两者受热环境相同，温度一致，得出的结论更有说服力。第二，本实验一次加热，节约能源，符合化学实验设计方案的基本原则。第三，本实验对比性相较于其它实验对比性更强，现象更加明显。第四，开拓学生视野，丰富学生的知识体系。本实验采用油浴的方法而不是学生们熟悉的水浴加热的方法，是因为碳酸氢钠受热分解温度较高，普通的水浴加热无法满足实验条件，故采用温度更高的油浴方法。

通过本创新实验，加深学生对于对比性实验设计要求的理解，体会化学实验的科学之美，实验之乐。增强学生对于教材传统实验的探究意识，激发学生的创造力，不墨守成规，敢于质疑，提出更为科学的方案。

四、结论与展望

在新课程背景下，对我们一线的教研人员提出更高的要求，对于一些传统的经典实验或是其改进实验，需要我们重新审视，提出更为科学严谨的实验设计方案。本研究梳理已有的对于碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性对比实验方案，提出了更为科学的实验创新方案，采用油浴法探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，更好的展现了化学实验设计的科学性、可行性、简约性、安全性。限于时间和精力有限，未能将更多的已有的实验方案列举出来，本研究仅对比较常见的两个实验方案加以论述。在以后的研究中，我们还可以尝试将计算机互联网技术应用于本实验中。比如将传感器技术来与碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性对比进行联系，将实验结果通过数据反馈到电脑终端进行数据处理，通过数据或是图像定量化的进行研究，以期达到更好的教学效果。

【本文系黑龙江省教育科学“十三五”规划2018年度重点课题《基于化学学科素养的高中化学实验课堂新模式的探究》阶段成果之一，课题立项号： JJB1318042】

參考文献：

[1]普通高中化学课程标准（2017年版）[M]. 北京：人民教育出版社，2018：

[2]陈立铭，李德前.利用长柄V型玻璃管比较碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性[J].化学教育，2014， （21）：56.

[3]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007： 56.