碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸反应实验的改进
对碳酸钠、碳酸氢钠分别和同浓度的盐酸反应的实验研究与改进
对碳酸钠、碳酸氢钠分别和同浓度的盐酸反应的实验研究与改进作者：夏立先等来源：《中学化学》2015年第03期中学化学不同版本不同年份的教材，有关比较碳酸氢钠、碳酸钠分别与同浓度的盐酸反应快慢的实验，其实验设计都存在一些问题。
为此，笔者对该实验进行了研究，并作了改进。
一、部分版本教材实验设计存在的问题1.高级中学课本化学（必修）第一册（人民教育出版社1990年10月第1版），其中第四章第二节有关内容片段：“【实验4-5】把少量盐酸分别加入盛着碳酸钠和碳酸氢钠的两个试管。
比较它们放出二氧化碳的快慢程度。
碳酸氢钠遇到盐酸放出二氧化碳的反应，要比碳酸钠剧烈得多。
”存在问题：该实验设计很不严密，没有给出盐酸的浓度及量的多少、也没有给出碳酸钠和碳酸氢钠的量，无法进行比较，其结果没有说服力。
2.全日制普通高级中学教科书（必修）化学第一册（人民教育出版社2003年6月第1版），其中第二章第二节有关内容片段：“【实验2-7】在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸，将两个各装有0.3 g碳酸钠或碳酸氢钠粉末的小气球分别套在两支试管口。
将气球内的碳酸钠和碳酸氢钠同时倒入试管中（如图2-8，略），观察反应现象。
从上述实验可以看出，碳酸钠和碳酸氢钠都能与稀盐酸反应，但碳酸氢钠与稀盐酸反应要比碳酸钠与稀盐酸反应剧烈得多。
”存在问题：该实验设计也不严密，主要存在两个问题：（1）没有给出稀盐酸的浓度是多少，盐酸的量可能都过量也可能都不够或者一个过量一个不够。
（2）碳酸钠和碳酸氢钠质量一样多是不合理的，因为碳酸钠比碳酸氢钠的物质的量少，在酸过量的情况下碳酸氢钠产生二氧化碳比碳酸钠多，气球理应大，这样就不能根据气球的大小来判断反应的剧烈程度。
通过以上分析可知，这个看似简单的实验，看来并不简单，需要认真研究和分析。
二、实验研究与改进1.理论分析要想比较碳酸氢钠、碳酸钠分别与同浓度的盐酸反应的剧烈程度，必须根据控制变量法设计实验。
碳酸氢钠、碳酸钠的物质的量要相等；盐酸的浓度及体积要相等，酸要适当过量，保证产生的气体的量一样；反应温度要相差不大。
Na2CO3和NaHCO3分别与盐酸反应实验
一:设计思路
缺点及解决方案:
1.固体落入稀盐酸有先后,且容易粘在试管内壁。 实践表明将固体与液体放置位置对调,可以解 决这个问题。
2.产生气体过少时气球几乎不膨胀,气体较多时 气球易脱落。通过计算添加药品的量能解决气 球膨胀大小的问题,选择有凸口的试管并用线 绳将气球系在试管上能解决气球脱落问题。
二:实验步骤
1. 如图组装实验仪器并检验装置的气密性;
NaHCO3溶液 稀盐酸
Na2CO3溶液 稀盐酸
2.用橡皮塞分别塞好两试管一端，将橡皮塞的 一端朝下倒立固定在铁架台的滴定管夹上；
二:实验步骤
3.用量筒量取相同浓度2mol/L的Na2CO3和 NaHCO3溶液各10ml，将其分别倒入两试管 中； 4.将气球分别套在有凸口的试管另外一端并 用线绳将气球系紧； 5.用两注射器分别吸入5ml9mol/L盐酸； 6.将注射器插入橡皮塞，将盐酸分两次同时 注入，每次2.5ml，观察这2次气球的变化。
三:实验结果记录
Байду номын сангаас
四:实验小结
改进后的实验操作简单，现象明显， 过程有趣，安全性强，既适合教师课 堂演示，也可以开设学生分组实验,达 到了改进实验的目的。
高中化学新课程实验 创新大赛
------碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进
湘阴一中
杨海翔
2015年10月
一:设计思路
比较碳酸钠、碳酸氢钠固体与盐酸 反应生成二氧化碳快慢是中学化学中 一个传统的实验,在人教版教材中通常 会采用右边装置进行对比实验。实验 方案:试管中放入相同浓度的3mL稀盐 酸,气球中分别放入0.3g的碳酸钠、碳 酸氢钠固体。实验开始时将气球末端 同时提起,让固体进入稀盐酸中,通过 观察气球膨胀的速率及大小来比较反 应的快慢。
碳酸钠与碳酸氢钠分别与盐酸反应的实验改进
碳酸钠与碳酸氢钠分别与盐酸反应的实验改进作者：叶珍来源：《文理导航》2014年第02期碳酸钠与碳酸氢钠的性质是高中重要的知识点，《普通高中课程标准》要求：“能通过实验研究碳酸钠的性质，能通过实验对比研究碳酸钠、碳酸氢钠的性质”。
如何进行实验设计就显的无比重要，针对教材上实验设计的一些值得探讨的地方对实验进行改进。
1.问题的提出：教材上比较Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的剧烈程度，是分别把0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体装在气球里，3ml的盐酸溶液装在集气瓶里进行实验。
不足之处：（1）这套装置气球里的Na2CO3固体与NaHCO3固体不能分别同时倒入集气瓶中。
（2）0.3克Na2CO3固体与0.3克NaHCO3固体和足量的盐酸溶液反应产生气体的量比NaHCO3固体要多出四分之一。
（3）仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。
2.实验改进：2.1实验用品：1.5mol/LNa2CO3溶液 1.5mol/LNaHCO3溶液 4.5mol/L盐酸溶液 5ml注射器小试管小气球双孔塞导管2.2实验装置：2.3实验过程：（1）分别在5ml试管中装入3ml 1.5mol/L Na2CO3溶液和NaHCO3溶液，针筒中装入2ml 4.5 mol/L盐酸溶液。
（2）同时慢慢注入1ml的盐酸溶液，观察现象。
紧接着又注入1ml的盐酸溶液，观察现象。
2.4实验结果：装有NaHCO3溶液的试管瞬时就出现了气泡。
NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO2。
装有Na2CO3溶液的试管在第一次注入1ml的盐酸溶液时几乎没什么现象又注入1ml的盐酸溶液马上产生很多气泡。
Na2CO3+HCl■NaCl+NaHCO3NaHCO3+HCl■NaCl+H2O+CO23.实验改进的优点：（1）方便了相同物质的量的Na2CO3和NaHCO3同时和盐酸溶液反应。
（2）不仅区分了碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的快慢，没从本质解释原因。
碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进
碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进梁传玉 20062401118 赵俊琳 20062401130李珊珊 20062401136 李海宁:200624011331. 改进问题的提出在区分碳酸钠(NaCO)和碳酸氢钠(NaHCO)的实验中，一般设计为233以下实验:往两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3g NaCO和23NaHCO粉末的小气球分别套在两支试管的管口。
将气球内的NaCO和323NaHCO同时倒进试管中，比较它们放出CO的快慢、多少和剧烈程度。
由此32 实验得出的结论是:NaCO和NaHCO都能与稀盐酸反应，且NaHCO与稀2333盐酸的反应比NaCO的剧烈得多。
23得出这样的结论，是因为NaHCO与稀盐酸反应放出的气体把气球充得比3 NaCO的更大，以此来区分碳酸氢钠和碳酸钠，但改实验操作起来会有很多问23题:(1)稀盐酸浓度不明确，在实验的过程中不好把握。
稀盐酸浓度小于6mol/L，就算是2mol/L的稀盐酸同时加入NaHCO和NaCO固体中，反应现象都是同323 样的剧烈，基本分辨不出NaHCO和NaCO。
只有浓度小于1mol/L的稀盐酸323 与碳酸钠和碳酸氢钠反应才能从反应的剧烈程度区分开来。
(2)反应的剧烈程度及产生气体的量，都用人眼判断，容易产生误差。
0.3g NaHCO比0.3g NaCO与足量的稀盐酸产生的气体量多1/4，所以即使NaCO32323和NaHCO与盐酸的反应速度一样，也是观察到NaHCO与盐酸的反应剧烈一33 些，这是定性实验的缺点。
(3)将气球简单套在试管口，气密性差，气球胀大的同时容易脱落。
而且在加入碳酸钠和碳酸氢钠时，部分粉末粘附在气球里和试管壁上而导致实验的失败。
(4)实验中,采用的气球较软,一个人同时操作较困难,固体粉末难以完全倒入试管中，且气球膨胀后体积不同而产生的压力也不一样,对反应速率有影响,效果不是很好。
(5)称取等质量碳酸钠和碳酸氢钠但是两个的物质的量不同。
关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究
关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究人教版高中化学必修教材[1]第一册32页有这样一个实验：在两只试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3gNa2CO3和NaHCO3粉末的小气球分别套在两只试管口。
将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，比较它们放出CO2的快慢。
由此实验得出的结论是：Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，但NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀盐酸的反应剧烈得多。
笔者认为该实验存在如下问题：1 对这个实验的质疑1.1 教材中没有指明稀盐酸的具体浓度只要是稀盐酸就可以吗？浓度小于等于6mol/L的盐酸都是稀盐酸，笔者将6mol/L的稀盐酸同时加入Na2CO3和NaHCO3固体中，反应现象同样的剧烈，根本分辨不出Na2CO3和NaHCO3。
笔者通过大量的实验证明只有浓度小于1mol/L的稀盐酸跟Na2CO3和NaHCO3反应才能根据反应的剧烈程度区分Na2CO3和NaHCO3。
鲁科版化学新教材中把这个实验中盐酸的浓度定为0.5mol/L，应该也是基于这方面的考虑。
1.2 用等质量的Na2CO3、NaHCO3与等量盐酸反应比较速率科学吗？化学反应速率的快慢不仅取决于物质的性质，还与反应物的浓度有关。
0.3g Na2CO3的物质的量为0.0028mol，0.3g NaHCO3的物质的量为0.0036mol，加入3mL稀盐酸后，如果不考虑溶液体积变化，Na2CO3的物质的量浓度为0.93mol/L，NaHCO3的物质的量浓度为1.2mol/L，由此NaHCO3与等量盐酸反应来比较反应速率是不科学的。
1.3 通过产生气体的量比较反应速率科学吗？根据化学反应方程式，盐酸浓度为1mol/L（该浓度可以根据与盐酸的反应现象区分出碳酸钠和碳酸氢钠）时：上述两个反应盐酸的量都是不足的，产生气体的量应该由盐酸的量来计算，而盐酸的量是相同的，因此在不考虑误差的情况下，气球胀得应该是一样大的。
碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的创新设计
碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的创新设计作者：伍强方瑞光来源：《化学教学》2016年第08期摘要：为探究碳酸钠溶液与稀盐酸分步反应的机理，设计了恒压式实验装置。
用该实验装置探究碳酸钠溶液与稀盐酸互滴反应的过程，解析了向碳酸钠溶液中滴加稀盐酸至过量发生分步反应的实验教学难点问题，有助于在教学中使学生能更好地领悟相关的化学反应原理。
关键词：碳酸钠；碳酸氢钠；互滴反应；创新设计；实验探究文章编号：1005–6629（2016）8–0063–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：BNa2CO3与盐酸发生分步反应，反应先生成NaHCO3，NaHCO3再与盐酸反应生成CO2，实验探究该分步反应的机理一直是教材和教师要解决的难点问题。
在实验教学中，有两种实验探究该分步反应机理的方案。
第一种方案：设计Na2CO3和NaHCO3固体与稀盐酸反应的对比实验，根据NaHCO3与稀盐酸反应比Na2CO3与稀盐酸反应剧烈的实验现象，推测Na2CO3与盐酸发生分步反应。
第二种方案：设计向Na2CO3溶液中滴加稀盐酸至过量的实验，根据反应溶液的酸碱性强弱变化和生成CO2气体等实验现象，断定Na2CO3与盐酸发生分步反应。
人教版全日制普通高级中学教科书设计Na2CO3和NaHCO3固体与稀盐酸反应的对比实验来解决此难点问题。
实验操作如下：“在两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口。
将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中。
[1]”通常观察到NaHCO3固体与稀盐酸反应速率比Na2CO3固体与稀盐酸反应速率大。
事实上，两个反应速率大小与如下三个因素有关：一是 Na2CO3与盐酸发生分步反应；二是颗粒大小，无水Na2CO3固体颗粒较大，NaHCO3晶体颗粒较小；三是热效应，Na2CO3固体溶解以及与盐酸反应均是放热，NaHCO3晶体溶解以及与盐酸反应均是吸热。
碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的创新实验设计及教学应用
图３㊀加热不同时间酸性ＫＭｎＯ４颜色对比在重铬酸铵饱和溶液中，然后取出置于石棉网上用酒精灯加热，烘干水分并使重铬酸铵受热分解，可以得到覆有三氧化二铬的催化剂，可用于氨或乙醇的气相催化氧化实验㊂参考文献：［１］中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１８：７２．［２］王磊，张文朴．化学．化学与技术（选修）［Ｍ］．济㊀㊀㊀㊀㊀南：山东科学技术出版社，２００７：７３．［３］宋心琦．化学２（必修）［Ｍ］．北京：人民教育出版社，２００７：６７．［４］王祖浩．化学２（必修）［Ｍ］．南京：江苏教育出版社，２０１５：６８．［５］刘怀乐．中学化学教学实证与求索［Ｍ］．重庆：西南师范大学出版社，２００２：１６１．［６］李先栓，张玉贞．粘土催化石蜡裂化［Ｊ］．实验教学与仪器，２０１１，（５）：３４ ３６．碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的创新实验设计及教学应用符吉霞㊀丁伟摘㊀要：化学是一门以实验为基础的科学，化学实验对提升学生核心素养起着不可替代的作用㊂针对碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的现有实验装置不足以及教学中存在的误区，研究提出利用简易的创新实验装置定量比较二者与盐酸反应生成ＣＯ２的快慢，并结合手持技术的应用从微观层面解释碳酸钠与稀盐酸分步反应的机理，厘清教学思路，避免教学误区㊂此外，针对碳酸钠㊁碳酸氢钠与稀盐酸的反应提出了基于问题解决的教学应用建议，可作为教师进行相关化学实验教学设计的参考㊂关键词：创新实验；手持技术；教学应用；碳酸钠；碳酸氢钠符吉霞，华东师范大学教师教育学院，在读硕士研究生；丁伟，华东师范大学教师教育学院，副教授㊂㊀㊀一㊁问题的提出碳酸钠和碳酸氢钠分别与稀盐酸反应时，碳酸氢钠与稀盐酸的反应一步到位，而碳酸钠与盐酸的反应则是分步进行的㊂探究该分步反应的机理一直是教师与教材想要解决的难８２点［１］㊂现有的教学设计中多把碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸的反应设计成学生分组实验或教师演示实验模式㊂无论采用哪种教学设计， 气球法 仍然是设计中的主要方法［２－３］㊂但这一收集方法实际存在严重弊端㊂当碳酸钠与碳酸氢钠分别与盐酸混合时，气球膨胀的快慢变化并不明显，难以比较反应的快慢㊂能否设计一个简易的定量实验装置去比较碳酸钠㊁碳酸氢钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２的速度，并解释其反应机理是一个值得思考的问题㊂此外，值得注意的是，教师在碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸反应的教学中十分容易将教学重点误以为 比较碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸的反应速率快慢 ㊂其实二者与稀盐酸的反应速率近乎相同，碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸的反应同属复分解反应㊂但由于碳酸钠与稀盐酸反应分步进行，所以生成ＣＯ２的速度不同，其教学本质应在于揭示反应的机理㊂针对以上实验存在的不足与教学中的误区，研究提出应用创新实验装置比较碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸的反应生成ＣＯ２的快慢，用手持技术揭示反应机理，并通过一定的科学探究以及问题解决的模式进行教学设计应用㊂㊀㊀二㊁实验设计（一）应用简易创新实验装置定量比较反应快慢针对 气球法 实验设计在比较碳酸钠㊁碳酸氢钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２速度的不足，研究设计了更为简便且定量的实验装置用于做此比较㊂（１）实验原理碳酸钠与稀盐酸的反应是分步进行的（Ｎａ２ＣＯ３＋ＨＣｌ＝ＮａＣｌ＋ＮａＨＣＯ３；ＮａＨＣＯ３＋ＨＣｌ＝ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ʏ）；而碳酸氢钠与稀盐酸反应一步到位（ＮａＨＣＯ３＋ＨＣｌ＝ＮａＣｌ＋Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２ʏ）㊂在相同的条件下，碳酸氢钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２的速度比碳酸钠要快㊂（２）实验装置（见图１）将针管作为反应装置，根据反应生成气体图１㊀简易定量实验装置使压强的变化导致液体喷出针头的速度快慢并结合一定的反应时间，定量比较碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２的速度快慢㊂（３）实验条件探究不同浓度的稀盐酸与碳酸钠㊁碳酸氢钠的反应生成ＣＯ２速度不同㊂教师应当根据具体的教学需求选择合适的盐酸浓度进行演示教学或学生的探究实验㊂首先，将相同的少量碳酸钠和碳酸氢钠固体分别用药勺送入１号针管和２号针管底部，并将装有碳酸钠与碳酸氢钠的针管排除气体，向前推至相同的刻度处㊂将两只针管分别垂直放入装有相同浓度的稀盐酸的烧杯中，吸取稀盐酸至相同的高度㊂从针管内开始吸取稀盐酸时开始进行计时，针管的活塞滑动到某一刻度线后使其固定，观察气体的产生与针头处排出液体的实验现象，待针管内的气体含量达到５ｍＬ时停止计时㊂ｔ１为碳酸氢钠与稀盐酸的反应产生的气体量达到５ｍＬ所需的时间，ｔ２则是碳酸钠与稀盐酸反应的时间，其他实验条件保持一致㊂重复进行３次相同的实验，取平均的时间值，实验结果见表１㊂教师可以根据实际的教学实验需求灵活规定针管活塞的滑动位置或产生气体量的量㊂（４）实验结果分析在实验教学过程中，教师的实验教学演示应当预留一定的时间给学生观察实验现象㊂通过探究发现：稀盐酸浓度为０ ３ｍｏｌ／Ｌ时，碳酸钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２的速度变慢，但碳酸氢钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２速度过于迅速，不利于学生观察实验现象；而稀盐酸浓度为０ １ｍｏｌ／Ｌ时，碳酸氢钠和碳酸钠与稀盐酸的反应生成ＣＯ２的速度较为缓慢，时间较长㊂根据实验研究结果，当盐酸的浓度为０ ２ｍｏｌ／Ｌ时，反应所需的时间较合适开展课堂实验㊂值得注意的是，向针管内吸入稀盐酸时，稀盐酸就已经９２㊀表１㊀不同浓度的ＨＣｌ与Ｎａ２ＣＯ３和ＮａＨＣＯ３固体在针管内反应的实验数据ｃ／（ｍｏｌ／Ｌ）ｔ１／ｓｔ２／ｓ实验现象２００１号和２号针管内有大量气泡冒出，并急速从针管内喷出㊂１０ ２０ ８１号和２号针管内有大量气泡冒出，并急速从针管内喷出㊂０ ５０４ ８１号针管内有气泡产生，并迅速从针管内喷出；２号针管内有大量气泡产生，并急速从针管内喷出㊂０ ３７ ２８９ ５１号针管内先有少量气泡产生，针头喷出液体速度较慢；２号针管内有较多大气泡产生，针头滴出液体的速度较快㊂０ ２１５ ２１７８ ６１号针管内仅有细小的气泡，针头滴出的液体速度较缓慢；２号针管内有大气泡产生，针头一开始滴出的液体速度较快，后减慢㊂０ １６０ ４３９６ ８１号针管内气泡产生现象不明显，针头滴出液体速度慢；２号针管内有气泡产生，约２０ｓ前滴出速度较快，后逐渐减慢㊂开始与碳酸钠和碳酸氢钠发生反应㊂教师应向学生说明实验从吸入液体时开始进行计时，碳酸钠㊁碳酸氢钠与吸入稀盐酸过程当中的反应是包含在反应时间内的，不会影响实验探究的结果㊂该实验装置相比与原先的 气球法 有了较大的改进㊂实验装置简单且所用盐酸的浓度较低㊂学生可以利用该装置开展实验探究活动，在宏观层面较定量地比较稀盐酸与碳酸钠㊁碳酸氢钠反应生成ＣＯ２的速度快慢㊂但该实验仍不能够让学生明确碳酸钠与盐酸的反应是分步进行的，稀盐酸与碳酸钠反应的中间产物有碳酸氢钠，学生很难从学科本位思考现象背后的问题㊂（二）应用手持技术探究反应实质运用科学的手段对化学物质的性质以及变化进行数字化㊁量化，用客观真实的数据去解释性质，能够直观地让学生了解物质性质以及其内在的规律㊁反应实际与反应机理［４］㊂要从微观角度向学生解释碳酸钠与稀盐酸发生分步反应的机理还需要借助手持技术，通过数形结合的方式从宏观到微观向学生说明化学反应实质㊂（１）实验原理向碳酸钠中滴加稀盐酸，首先发生反应ＣＯ３２－＋Ｈ＋＝ＨＣＯ３－，达到第一计量点时碳酸钠全部反应成碳酸氢钠㊂继续滴加稀盐酸，会发生反应ＨＣＯ３－＋Ｈ＋＝Ｈ２ＣＯ３，达到第二计量点㊂在用稀盐酸滴定碳酸钠的ｐＨ曲线中应当有两个突跃，而稀盐酸滴定碳酸氢钠的ｐＨ曲线中应只存在一个突跃㊂这可以通过ｐＨ传感器进行实验探究㊂（２）实验装置为了更加科学直观地展示碳酸钠与盐酸的分步反应，教师可以借助手持技术对盐酸滴定碳酸钠与碳酸氢钠的ｐＨ变化进行记录，实验装置图见图２㊂图２㊀手持技术实验装置图（３）实验结果与分析用稀盐酸分别滴定０ ５ｍｏｌ／Ｌ的碳酸钠溶液与０ ５ｍｏｌ／Ｌ的碳酸氢钠溶液，通过ｐＨ传感器得到实验结果（见图３和图４）㊂碳酸钠与稀盐酸的滴定曲线中存在两个突跃，而碳酸氢钠与稀盐酸的滴定曲线仅存在一个突跃，很好地解释说明了碳酸钠与稀盐酸的分步反应机理㊂教师可以通过数形结合的方式，直观地向学生说明碳酸钠与稀盐酸的分步反应机理㊂教学中应当强调，正是由于碳酸钠与稀盐酸反应是分步进行的，所以碳酸钠与稀盐酸反应生成ＣＯ２的速度比碳酸氢钠的要慢，而并非是碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应速率不同所导致㊂化学实验应该透过现象看本质，切勿从０３㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀稀盐酸滴定０ ５ｍｏｌ／Ｌ碳酸氢钠溶液的ｐＨ变化曲线图４㊀稀盐酸滴定０ ５ｍｏｌ／Ｌ碳酸钠溶液的ｐＨ变化曲线表面下定义㊂㊀㊀三㊁教学应用碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸的反应实验设计能够从宏观到微观的层面逐步带领学生认识化学反应的本质，激发学生对科学探究的兴趣㊂为使该实验设计更好地发挥教学作用，研究提出了基于问题解决的教学设计，教学流程见图５㊂（一）识别问题化学教学应当强化知识与学生日常生活的联系，要提升学生从信息情境中识别问题的能力㊂碳酸钠与碳酸氢钠是学生日常生活中也会接触到的物质㊂针对碳酸氢钠在日常生活中可以用于治疗胃酸过多，但碳酸钠却不会被用于治疗胃病这一现象，抛出联系生活实际的相关问题： 既然二者都是碱性物质，都能中和酸，为何选择碳酸氢钠治疗胃病却不会选择碳酸钠？ 创设一定的生活化的问题环境，激发学生的探究兴趣㊂图５㊀教学流程图㊀㊀（二）探测信息基于情境的问题需要学生从不同角度和不同层面去探测信息，需要个体对问题情境有一定的整体感知［５］㊂结合一定的问题情境，教师要引导学生去思考碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸等酸性物质反应可能存在的不同，诸如反应产物是否相同㊁反应时速度是否相同㊁反应的机理是否相同等㊂学生所探测到的信息过程是对已有知识的调用分析过程，也是后续设计实验方案和实施方案的基础㊂这一过程中教师要注意引导学生思考，但不对学生的结论做出价值判断㊂（三）设计方案学生需要理解应用所探测到的信息，将探测到的信息进行加工，根据具体的问题情境，激１３活已有相关概念㊁原理等，形成一定的问题解决方案㊂在这一过程中，学生需要根据有关的化学知识储备，将所探测到的信息进行一定的筛选，排除二者产物不同的可能性，将注意点集中在二者的反应时间和反应速度上㊂期间教师需要提供一定的实验器材，并提供一定的相关信息逐步引导学生关注到具体问题上来㊂再由学生自主设计实验方案，并进行小组内部的合作分工，培养学生的团队合作能力㊂（四）实施方案学生在这一阶段需要根据教师所准备的相关材料进行操作㊂实施过程中需要不断分析与思考问题，根据具体的实验情况更换或者修改实验方案㊂学生的实验设计方案中一般会根据教师提供的气球，利用气球法套在试管上进行比较㊂此时，教师要以问题驱动学生，启发学生选用简易的创新实验装置进行设计，并引导学生不断反思方案的设计与优化过程从而提升学生的科学探索创新精神㊂最后再由教师运用手持技术，从微观层面帮助学生认识到问题的本质，即碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸反应机理不同从而导致二者反应生成二氧化碳的速度不同㊂以上的问题解决过程都需要依托于一定的情境背景㊂学生受具体问题情境和教学环境影响的驱动，会表现出渴望解决问题的倾向，并产生带有明确目的的行动向着目标进取㊂整个过程各环节之间是相互影响的㊂学生的方案设计可能经过多次的尝试后才能获得较优化的设计方案㊂而整个过程中学生需要不断进行反思，再次分析问题，再度挖掘探测信息等㊂在不断的迭代过程中，也发展了学生真实环境背景下的问题解决能力㊂㊀㊀四㊁研究小结实验是化学学科最重要的特征㊂化学实验对于全面发展学生的化学学科核心素养有着极为重要的作用［６］㊂碳酸钠与稀盐酸的分步反应知识是发展学生化学学科核心素养的一个载体，能够让学生辩证看待化学反应现象，认识到科学探究对于揭示事物本质的重要作用㊂碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的创新实验设计能简易定量比较反应快慢，相比于传统的 气球法 更加直观科学㊂再结合手持技术的应用从微观层面探究反应的实质㊂碳酸钠和碳酸氢钠是学生日常生活中经常接触到的物质㊂通过一定的真实情境下生成相关的探究问题，采用基于问题解决的教学设计，以小组合作的方式形成方案设计，提升学生的信息处理以及小组合作的问题解决能力，既较好地完成了教学目标，也较好地指向化学学科核心素养的育人目标㊂现行的化学实验教学中仍存在诸多不足之处㊂针对实验的不足不断地改进，最大程度发挥化学实验教学在提升学生核心素养中的作用，并严格要求教学的科学性，是化学教师应当终身学习的内容㊂化学是一门以实验为基础的科学㊂设计巧妙的化学实验教学设计有助于激发学生学习化学的兴趣，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，培养学生的化学学科核心素养㊂教师对实验教学应当始终保持严谨的教学态度㊂参考文献：［１］伍强，方瑞光．碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的创新设计［Ｊ］．化学教学，２０１６，（８）：６３－６５．［２］刘志峰，韩雪松． 先学后教 教学模式在高中化学教学中的应用 碳酸钠与碳酸氢钠的性质 教学设计［Ｊ］．化学教学，２０１６，（１０）：３５－３８．［３］史淑凤．碳酸钠与碳酸氢钠鉴别创新实验［Ｊ］．中学化学教学参考，２０１７，（１２）：４４．［４］陈琛，姚如富，邵忠德，翟蒙．数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用研究［Ｊ］．化学教育，２０１５，３６（１）：２９－３３．［５］蔡亚萍．基于真实情境问题解决的教学设计［Ｊ］．电化教育研究，２０１１，（６）：７３－７５＋８０．［６］中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０１７：７２．２３。
碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应性质实验的改进
Ｌ 的 Ｎａ Ｃ Ｏ。 溶液 和 Ｎａ ＨＣ ０。 溶液 ， 用 注射 器 吸取 ５ ｍＬ ２ ． ５ ｍｏ ｌ ・ Ｌ ＨＣ １ 溶液 插入 到橡 胶塞 中 ， 再 塞 到 具 支试 管 口， 放在 试 管架上 ， 如图 １ ． ３ ）两 眼注视 注射 器 的刻度 ， 同时先 向具 支试 管 中 注入 ２ ｍＬ ＨＣ Ｉ 溶液， 震荡具支试 管 ， 观察 图 ２ 一 Ａ 气
ｍＩ ２ ． ５ ｍｏ ｌ ・ Ｌ ＨＣ Ｉ 溶液． 实验 时要 注 意 ： 两 边装 置完 全对 称 ， ２支注 射器 同
１ ）改 进后 的实 验装 置 ， 所选用 的仪器都 是 实验 室
常用 的仪 器 ， 组 装简 单 ； 两边 装 置 对称 ， 只要 同时 向具
支试 管 中注入 ＨＣ １ 溶液 ， 避 免 了从 气 球 中倒 入 固体 不
一பைடு நூலகம்
时 向具 支试 管 中注 入 盐 酸 ， 保 证 两 边 反 应 同时 进 行 ， 通 过震 荡具 支试 管使 反应 更充 分．
３ 实验方 法及 其现 象
致 产生 的影 响． 震荡 具支试 管 使反应 更 充分 ．
２ ）通 过注人 第 １个 ２ ｍＬ盐 酸让 学 生弄 清 楚 ， 等
１ 实 验 用 品
Ｎａ ｚ ＣＯ３ Ｎａ ＨＣＯ３
Ａ Ｂ
溶液
溶液
图３
图４
球几 乎没 有变 化 而图 ２ － Ｂ气 球 迅 速鼓 起 （ 其 反 应 的化
学方 程式 Ａ： Ｎａ ２ Ｃ Ｏ３ ＋ＨＣ Ｉ ＝Ｎａ Ｃ １ ＋Ｎａ ＨＣ Ｏ３ ，
Ｂ： Ｎａ ＨＣＯ。 ＋ＨＣ Ｉ ＝Ｎａ Ｃ １ ＋Ｃ Ｏ２ 十＋Ｈ２ ０） ． ４ ）两 眼注视 注射 器 的刻度 ， 同时再 向具支 试管 中 注人 ２ ｍＬ ＨＣ １ 溶 液， 震荡具支试管 ， 观察 图 ３ 一 Ａ 气 球 迅速 鼓起 而 图 ３ 一 Ｂ气 球几 乎 没 有 变化 （ 其 反应 的化 学 方程 式 ： Ｎａ ＨＣＯ 。 ＋ ＨＣ Ｉ ＝Ｎａ Ｃ Ｉ ＋Ｃ Ｏ。 十＋ Ｈ Ｏ） ．
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大学实验报告
学生姓名学号
专业年级、班级
实验项目碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进
合作组员
实验类型□验证□设计□综合实验时间2012 年4 月24 日
实验指导老师实验评分
【探究问题的提出】
在区分碳酸钠（Na2CO3）和碳酸氢钠（NaHCO3）的实验中，一般设计为以下实验：往两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3g Na2CO3和NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管的管口。
将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒进试管中，比较它们放出CO2的快慢、多少和剧烈程度。
由此实验得出的结论是：Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，且NaHCO3与稀盐酸的反应比Na2CO3的剧烈得多。
得出这样的结论，是因为NaHCO3与稀盐酸反应放出的气体把气球充得比Na2CO3的更大，以此来区分碳酸氢钠和碳酸钠，但改实验操作起来会有很多问题：
（1）稀盐酸浓度不明确，在实验的过程中不好把握。
稀盐酸浓度小于6mol/L，就算是2mol/L的稀盐酸同时加入NaHCO3和Na2CO3固体中，反应现象都是同样的剧烈，基本分辨不出NaHCO3和Na2CO3。
只有浓度小于1mol/L的稀盐酸与碳酸钠和碳酸氢钠反应才能从反应的剧烈程度区分开来。
（2）反应的剧烈程度及产生气体的量，都用人眼判断，容易产生误差。
0.3g NaHCO3比0.3g Na2CO3与足量的稀盐酸产生的气体量多1/4，所以即使Na2CO3和NaHCO3与盐酸的反应速度一样，也是观察到NaHCO3与盐酸的反应剧烈一些，这是定性实验的缺点。
（3）将气球简单套在试管口，气密性差，气球胀大的同时容易脱落。
而且在加入碳酸钠和碳酸氢钠时，部分粉末粘附在气球里和试管壁上而导致实验的失败。
（4）实验中,采用的气球较软,一个人同时操作较困难,固体粉末难以完全倒入试管中，且气球膨胀后体积不同而产生的压力也不一样,对反应速率有影响,效果不是很好。
（5）称取等质量碳酸钠和碳酸氢钠但是两个的物质的量不同。
物质的量大，得到的溶液浓度也大，速率也大。
因此,研究的浓度不能相等，实验就没有可比性。
【文献资料综述】
对于比较NaHCO3、Na2CO3与酸反应速度的演示实验，现行的教材和参考书中一般两种方法，其一：用等物质的量的NaHCO3、Na2CO3分别与稀盐
酸同时反应，比较在相等的时间内被反应产物CO2所填充气球体积的大小；其二，使相同物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与稀盐酸同时进行反应，通过比较两反应产生CO2气泡的多少进行判断。
后者经过多次实验后，发现被填充气球的大小、所产生气泡的多少只能作定性观察，而难以定量测量，并且NaHCO3、Na2CO3与稀盐酸反应速度都很快，难以进行准确的判断，而且坐后排的学生也无法观察清楚，因而演示的效果不太理想。
事实上，NaHCO3与盐酸反应的速度要比Na2CO3与盐酸反应的速度快。
为了能得出这一正确结论，获得较好的演示效果，我们可采用以下方法对该实验进行改进。
【实验设计思路】
根据液体静力学原理，当Ua和Ub的一臂与大气相通时，两液面差分别与a、b中气体的压强成正比关系。
对于我们所做的演示实验来说，a、b中的压强又分别与其中由反应产生的CO2的物质的量成正比。
并且当其它条件都相同时，一定时间内在a、b中产生的CO2气体的量，又反映了NaHCO3、Na2CO3与HCl反应的速度快慢。
因此，我们可通过在一定时间内观察到的液面差，对a、b中NaHCO3、Na2CO3与HCl反应速度的快慢进行比较。
还有第二种方法是通过排水法。
即保证具支管和导管等仪器的体积想相同，然后利用相同时间内两者与盐酸反应放出的气体把水排进量筒中，读出所收集的水的体积，即可进行比较。
由改进后的实验，同学们可以很快得出NaHCO3与HCl的反应速度要比Na2CO3与HCl的反应速度快的结论。
即通过相同时间内产生气体的体积不同来判断两者与稀盐酸反应的速率。
【实验设计方案】
1、实验原理：
HCl + Na2CO3 CO2 + H2O + NaCl
HCl + NaHCO3 CO2 + H2O + NaCl
2、实验仪器与试剂：
具支试管2支U形管2个胶头滴管2个
直角玻璃管2个铁架台（铁夹）2个橡胶管若干尺子
碳酸钠碳酸氢钠稀盐酸
3、实验装置图
装置1装置2
4、实验操作步骤
(1)取两支具支试管a、b，在a、b中各加入0.42gNaHCO3和0．53gNa2CO3粉末后，分别固定于铁架台的左右两边。
两种物质的量都约为0.005mol。
(2)在两支滴管中各吸人等体积(2ml左右)0.8mol／L的稀HCl,然后把它们分别塞进两个大小适宜的橡皮塞中，再用橡皮塞塞紧a、b管口。
(3)在a、b支管处分别接U形管Ua和Ub。
Ua、Ub的另一臂与大气相通。
采用滴加了红墨水的适量的饱和NaHC03溶液作指示液。
实验前Ua和Ub中两臂液面分别平齐，高度相等。
（如图）
(4)同时挤捏滴管的胶头，使HCl分别同时进入a、b中进行反应。
提醒学生注意观察反应到30秒左右时，Ua和Ub中指示液液面变化的情况。
用尺子量度Ua 和Ub两臂液面的高度差。
【实验过程记录】
1、实验探究过程
本次实验我们组进行了多次探究。
一开始我们是以第一种改进为实验方法：即装置1，在碳酸钠和碳酸氢钠的物质的量相同时，滴入过量的稀盐酸，仅通过U型管两边液面的高度差来判断速率。
但是没有对实验进行正确的估算，在实验过程中发现碳酸氢钠与稀盐酸的反应过于迅速而无法准确用笔在U型管上几时划出液面变化。
第一次实验还出现反应过于迅速使得气体冲力较大，使得U型管右端的水直接冲出U型管。
对于上面的反应我们首先猜测是由于稀盐酸的浓度过大而导致反应速度过快。
因此我们又配置了较低浓度的稀盐酸，但实验依然不成功。
最后我们改用排水法，如装置图2，用量筒在U型管右端接收排出的水的体积来判断。
而稀盐酸的浓度还是用的0.5mol/L。
同时我们借用高科技-拍视频的方法来记录下随着时间变化，排出水的体积的变化，并作出试验曲线。
这次我们实验成功了，在重复做了两次实验后，我们得出了下面的比较有说服力的结果。
2、实验结果记录
时间NaHCO3 Na2CO3
0 0 0
5 1.4 0.4
10 4 1.2
15 7 2
20 9.5 2.6
25 11 3.2
30 11.7 3.6
【实验结果分析】
从上面的数据和图表我们可以定量地清晰地看出：相同物质的量的碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸反应时：比如在30S的反应时间中，碳酸氢钠与盐酸反应放出的气体比碳酸钠反应放出的气体多了约8mL，证明：碳酸氢钠与盐酸的反应速率较快。
【相关问题探讨与反思】
1.通过这次实验我们发现理论与现实是有一定差距的。
比如这次实验我们一开始的设想是比较完美的，但实验起来我们才发现这样一个简单的实验操作起来却可以发现很多问题的，比如反应速率、U型管液面变化的记录等。
因为我们没有充分考虑可能出现的各种情况，所以做起实验来我们比较费时间和资源。
当然，从这个实验中我们也吸取了教训：做实验前一定要准备充分。
今天我们是在实验室中做练习还可以有机会给我们慢慢改进，但是日后我们到课堂上教学时绝不能出现这种情况。
而避免的方法就是：我们现在要多查找资料，多了解实验具体情况，多思考，有条件的话也可以多做实验，在实践中不管改进和完善实验条件并做好记录，从而探究出最佳的方法，可以直接运用于以后的教学当中。
2.本次实验虽然最后成功了，但是在本次实验中我们还有很多条件需要改进。
比如最后两次的实验中我们发现：到实验的后半阶段，因为碳酸氢钠的反应速率较快，放出的气体较多，使得该套装置中的压强较大，使得后面碳酸氢钠中盐酸的滴下速度有所减慢，所以上面的数据记录有一定的误差。
我觉得此处的解决办法可以是:加入恰当的用量，比如固体的用量减少一点。
还有一个问题不能忽略的是：两套装置中的支管、导管等体积比较难控制完全相同，所以以上数据只能用来粗略说明碳酸氢钠与盐酸的反应速率比碳酸钠快，不能准确说明，更不能用来计算两者的反应速度。
【参考文献】
[1] 肖常磊，钱扬义．中学化学实验教学论．《华南师范大学化学实验教学中》第一版.54-55
[2] 严平，涂惠平．如何做好比较NaHCO3、Na2CO3与盐酸反应速度的演示实验．九江专师学报．2004，（5）
[3] 人民教育出版社化学室．全日制普通高级中学教科书(试验修订本必修)《化学》第二版，北京：人民教育出版社，2006：52。