再议碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性比较实验的改进

黄金泉 杨晓东

摘要：在文献研究的基础上，创新设计一种较为简便且易操作的实验方法：取2支硬质试管，试管口同方向上下错位10cm左右，用扎带将它们捆扎在一起，往两试管中分别加入碳酸氢钠、碳酸钠固体，各自连接带导管的单孔橡皮塞，将两导管一一通入澄清石灰水中。加热大约2分钟后即可观察到实验现象。该实验装置实用性强、成功率高，适用于课堂演示和学生分组实验。

关键词：碳酸氢钠;热稳定性;实验改进;硬质试管;澄清石灰水

1问题的提出

“碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性比较”实验是现行人教版普通高中课程标准实验教科书《化学1·必修》第56页中一个重要的演示实验。该实验是采用一套相同的装置通过同时、分别加热碳酸钠和碳酸氢钠来完成的，应该说其实验现象是明显的。但这样操作需要做两个实验，分两处加热，费时耗力，且不能保证两处实验的加热环境完全相同。有些版本的教材对该演示实验没作安排，但在新授课过程中，大多数教师都会对该实验进行适当的补充。笔者查阅相关文献，大多是采用“套管实验”来比较碳酸钠与碳酸氢钠的热稳定性，如图1所示。套管实验固然对比性强，现象明显，且只需加热一次，但也有诸多不便因素，比如实验装置组装起来比较麻烦，内试管的支撑仅靠一根玻璃导管并不牢固，容易折断。因此，该装置的实用性受到了一定的限制。为此，笔者将“碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性比较”的实验进行了再改进，愿与同行们探讨，以求抛砖引玉。

2对一些改进的实验装置的评述

带着疑问，笔者查阅了近年的相关文献资料。王开华和周彦老师，在设计方案时充分考虑到实用性和对比性，既保证了加热环境相同，增强了比对性，又体现了实验装置的简便性，实验仪器少，组装方便。其亮点是制作了一个中问隔开的u形管（如图2所示）。按作者的说法，该隔开u形管两侧管子没有任何气体或物质交换。但笔者对改进后的这套实验装置有点想法，愿与两位老师商榷：如何能做到在u形管的中间进行隔离，使两侧管子没有任何气体或物质交换？用什么材料能达到如此密封的程度？文章中并未明确指出，推测对大多数教师而言，恐怕很难做到这一点。除非特地去定制这种仪器，况且课前准备起来费时耗力。既然不易准备，则该装置的实用性就会大打折扣，在实际教学中就难以被教师推广应用。

由陈立铭、李德前两利用长柄V型玻璃管设计实验装置如图3所示，将2支长柄V型玻璃管并列固定，实验时在两支玻璃管中问用酒精灯加热，加热环境可认为相同，增强了Na2CO3、NaHC03热稳定性实验的对比性。但笔者觉得，这种创新方案设计实用性并不强：首先，这种仪器不是实验室常用仪器，有多少教师会为了做这个对比实验特地去将硬质玻璃管熔成这样的形状？除非是为了开设公开课或特地去定制这种仪器。其次，在水平放置的玻璃管中加入Na2CO3和NaHC03固体至适当的位置，操作难度较大且费时，因为玻璃管管径太小。其三，澄清石灰水的量太少，使澄清石灰水变浑浊现象不明显，导致坐在几米外的学生难以观察到实验现象;倘若增加澄清石灰水的量，加热时又会造成石灰水从玻璃管中喷出，使实验失败。

伍强老师设计的创新方案，实验装置如图4所示。其方法是先制作2根一端封闭的玻璃弯管，将Na2CO3和NaHCO3固体分别装入一端封闭的玻璃弯管中，另一端分别通入澄清石灰水，用食用油油浴加热，将温度计插入食用油中。点燃酒精灯加热约2分钟，食用油温度升高至130～140℃时，右侧的澄清石灰水无明显现象，左侧的澄清石灰水变浑浊。从而证实在相同温度下Na2CO3固体不分解，而NaHC03固体分解生成CO2、Na2CO3和H20。应该说伍老师的设计理念非常新颖：一是加热温度相同，实验对比性强，能增强学生的实验探究意识;二是实验现象明显，便于学生观察且只需一次加热;三是实验采用油浴加热，能准确控制温度，并能拓展学生的知识面。但这种方案设计的实用性也不强，不易推广。这是由于，一方面整个装置过于复杂，光用于固定的铁夹就要有4个，还要用到食用油和温度计等，实验准备起来同样费时耗力;另一方面，实验前需要特地准备2根一端封闭的玻璃弯管，这种玻璃弯管的准备操作难度大，需要将弯管的一端管口在酒精喷灯火焰上熔化封闭而成，工作量大，况且要将Na2CO3和NaHC03固体分别推送到封闭的玻璃弯管一端底部也不是一件易事，按伍老师的说法要借助塑料饮料吸管作为工具才得以实现。

3“碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性比较实验”的再改进

基于选用常规实验仪器且不额外增添其他仪器的理念，为使该实验的对比性更好，成功率更高，现象更明显，操作更简便，实用性更强。笔者对“碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性比较实验”进行了再改进。

3.1具体操作步骤

取2支大小相同的硬质试管和2根尼龙扎带，如图5-a所示。将两试管管口同方向错位放置，错位距离大致10cm左右，然后用自锁式尼龙扎带在离试管口三分之一处将这两试管紧紧捆扎在一起，如图5-b所示。分别连接带导管的单孔橡皮塞，并将导管一一通入澄清石灰水中。用铁夹将两试管固定在铁架台上，调节好高度，往下面的试管底部加入一定量的碳酸钠固体，往上面的试管底部加入一定量的碳酸氢钠固体，如图5-c所示。先对盛碳酸钠固体的试管（下面一个）底部预热后再集中加热，利用酒精灯的余热间接加热盛有碳酸氢钠固体的试管（上面一个）底部，加热1.5min后，从碳酸氢钠固体导出的那份澄清石灰水开始变浑浊，且2min后浑浊程度明显增强，而从碳酸钠固体导出的那份澄清石灰水始终无明显变化。两者实验现象差异性明显，对比性强，非常具有说服力。

3.2实验改进后的优缺点

优点：实验仪器取材简单，都是实验室里的常规仪器，尼龙扎带也是学校电工房或总务处等部门常年必備物资，无需特意提前准备。实验操作简便，只需一次加热且实验时问短，加热时2支试管底部产生的温差较大，对比性和实用性强，成功率高，很适合在课堂上演示或学生分组实验，易于推广。

缺点：把盛有不易分解的碳酸钠固体的试管放在下面，而把盛有易分解的碳酸氢钠固体的试管放在上面，这是在碳酸氢钠比碳酸钠容易分解的前提下设计的，实验预设性太强，缺乏探究性。

对“碳酸钠、碳酸氢钠热稳定性比较实验”进行再改进，不仅增强了实验效果，体现了实用性和简便性，有利于一线教师推广应用，而且还能启发学生的创新意识，培养学生的创新能力。