如何区分碳酸钠和碳酸氢钠

2021-03-04河北省承德市第十六中学

农村青少年科学探究 2021年12期

河北省承德市第十六中学闫帅

一、提出问题

化学兴趣小组在用碳酸钠和碳酸氢钠进行实验时，发现它们的标签都被腐蚀了，怎样才能区分出这两种物质呢？

同学们对这两种物质进行了对比和总结：它们都是白色固体，水溶液都显碱性，都能与稀盐酸反应，它们的性质很相似。老师曾经讲过，它们与酸反应的速度不同，碳酸氢钠反应得快，碳酸钠反应得慢。于是同学们设计了一个实验：称取碳酸钠和碳酸氢钠各1 g，分别放入两支大试管中，再量取两份体积均为10 mL 的相同稀盐酸，把两份稀盐酸分别迅速倒入两支试管中，反应都很剧烈。试了好几遍，根据反应速度很难区分，而且需要控制变量，操作费时。

二、设计方案

兴趣小组的同学们找到老师，将他们的疑问告诉了他，老师觉得他们提出的问题很有意义。为了解决这个问题，老师组织学生利用课余时间搜集相关资料，设计实验方案。同学们分组讨论后，设计出以下几种实验方案。

方案一：观察法

根据碳酸钠为白色固体粉末，碳酸氢钠为白色细小的晶体，分别观察碳酸钠和碳酸氢钠的外形。

方案二：溶解法

碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度见下表。根据温度高于20 ℃时，它们的溶解度差异较大，学生首先测出实验室气温为23.2 ℃，水温为20 ℃；然后分别称取碳酸钠和碳酸氢钠各1.5 g，放入两支试管中；最后分别倒入10 mL 水，振荡，观察溶解情况。

方案三：沉淀法

根据碳酸钙不溶于水，碳酸氢钙可溶于水，分别称取碳酸钠和碳酸氢钠各2 g，并分别溶解在50 g 的水中，制成等浓度的两种溶液；然后分别取等量的两种溶液倒入两支试管中，并向两溶液中各加入适量氯化钙溶液，观察现象。

方案四：pH 法

根据碳酸钠的碱性比碳酸氢钠强，用玻璃棒分别蘸取方案三中的两种溶液，滴在pH 试纸上，然后与标准比色卡对比，读出pH 值。

方案五：加热法

根据碳酸钠受热不分解，碳酸氢钠受热分解成碳酸钠、水和二氧化碳，设计实验：分别取碳酸钠和碳酸氢钠各2 g 放入两支试管中，并称量两支试管的质量；然后分别加热两支试管，将产生的气体通入澄清石灰水中，观察现象；反应结束后，再次称量两支试管的质量。

三、进行实验

同学们分别按照实验方案进行实验，他们观察到的现象如下所述。

方案一：碳酸钠和碳酸氢钠固体都是白色粉末，看不出两者的区别。老师建议使用显微镜（或放大镜）观察，同学们观察后发现，碳酸钠为白色固体粉末，碳酸氢钠为白色细小的晶体（如图1）。

方案二：全部溶解的是碳酸钠，不能全部溶解的是碳酸氢钠（如图2）。

方案三：有白色沉淀的是碳酸钠，无白色沉淀的是碳酸氢钠（如图3）。

方案四：测得pH 值分别为12 和8，碱性更强的是碳酸钠，碱性较弱的是碳酸氢钠。

方案五：试管口内壁有水珠生成，产生的气体能使澄清石灰水变浑浊，石灰水内冒气泡速度很快的是碳酸氢钠。加热前盛碳酸氢钠的试管的质量是27.6 g，加热后的质量是26.9 g，减少了0.7 g。另一个是碳酸钠。

加热碳酸钠时试管内壁也出现水珠，但澄清石灰水没有变浑浊，石灰水内冒气泡的速度很慢。加热前盛碳酸钠的试管的质量是27.7 g，加热后是27.6 g，减少了0.1 g。为什么加热碳酸钠会出现水珠？质量为什么会减少0.1 g？兴趣小组的同学们求助老师，老师说是因为碳酸钠中有结晶水存在。老师建议先在蒸发皿中对其进行加热，除去结晶水后再实验。学生按照老师的指导又做了该实验，加热碳酸钠没有任何现象，质量基本不变。