碳酸钠碳酸氢钠与盐酸反应的实验设计

混合碱中碳酸钠和碳酸氢钠含量的测定
实验原理
在碳酸钠和碳酸氢钠和混合碱中滴入盐酸时，会先发生如下反应：
Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl
先使全部的碳酸钠转变成碳酸氢钠，然后再发生反应：
NaHCO3+ HCl= NaCl+ CO2↑+H2O
如果在第一个反应发生过程中滴入酚酞溶液，以盐酸滴定到无色，此时溶液中的碳酸钠仅被的滴定成碳酸氢钠，根据用去盐酸的量就可以算出碳酸钠的量。

然后在向溶液中加入甲基橙，用盐酸滴定至溶液由绿色滴定到亮黄色，此时溶液中的碳酸氢钠全部反应，根据盐酸的量可以算出总碱量，结合上一步算出的碳酸钠的量就可以算出该混合碱的组成。

思考题
1. 本实验用酚酞做指示剂时，所消耗的盐酸较用甲基橙少，为什么？
因为用酚酞做指示剂时只是盐酸和碳酸钠反应，而用甲基橙做指示剂时，是上一步反应完的生成的碳酸氢根和溶液中本身存在的碳酸氢根的和来反应，反应的比例又相同，所以第二次总会多一点。

2. 在总碱量的计算式中，V有几种求法？如果只要求测定总碱量，实验应该怎样做？
V表示用去盐酸的总体积，可以直接读出来；如果只要求测定总碱量，只需要用甲基橙做指示剂，滴定至橙色。

3. 在测定一批烧碱或碱灰样品时，若分别出现V1<V2,V1=V2,V1>V2,V1=0,V2=0的情况，说明样品的组成有什么差别？
4.滴定管和移液管使用前均需要用操作溶液荡洗，而滴定用的烧杯或锥形瓶为什么不能用待测液润洗？
因为滴定管的移液管要求里面的溶液的浓度一定要准确，所以要润洗，避免内壁的水珠对溶液的稀释；而烧杯或锥形瓶要求里面的总物质的量要准确，所以不可以润洗，避免液体挂在内壁上。

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盐酸反应现象哎呀，这碳酸钠和碳酸氢钠跟盐酸的反应，简直就像是一对冤家，它们之间的火花可真是爆炸性的！
记得有一次，我在实验室里搞实验，实验室里那股严谨的氛围让我戴上眼镜，拉着白大褂，一本正经。

我拿起碳酸钠，这东西看起来平平无奇，淡黄色的晶体，放在手上沉甸甸的。

我把它小心翼翼地放入试管里，心里默念着：“这可是关键的一步啊！”
接着，我把盐酸慢慢倒入试管里，心里打着鼓。

没想到，一下子就发生了化学反应，试管里“砰”的一声，就像放了一个小烟花，白色的泡沫开始翻滚，这泡沫就像无数个白色的精灵，欢快地在试管里跳跃。

我当时就傻眼了，心里想着：“这是怎么回事？怎么跟我想象的不一样？”我赶紧戴上手套，把试管拿起来，眼睛瞪得大大的，看着那股泡沫像一朵盛开的花，争先恐后地想要挣脱试管束缚。

这泡沫也太有活力了，简直是欢乐的海洋！
这时，实验室的另一个同学跑过来，拍拍我的肩膀说：“刘老师，这是碳酸钠和盐酸反应的结果，这就是所谓的碳酸钠和盐酸反应现象啊！”
我这才回过神来，笑着说：“哎呀，看来我也要跟上时代的步伐了，这反应现象真是好玩得很啊！”
这反应现象，就像生活中的一些小插曲，让人感到欢乐和惊喜。

碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸的反应，就像一场戏，有开始，有高潮，还
有结束。

它们之间的碰撞，也让我明白，生活中，有时候就需要这么一点火花，才能让生活变得有趣。

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。

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。

高中化学实验改进及教学策略以 碳酸钠㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 为例李文飞(江苏省南京师范大学灌云附属中学ꎬ江苏连云港２２２２００)摘㊀要: 碳酸钠㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 这一教学内容是高中化学实验教学不可或缺的内容ꎬ要想让学生对这一内容掌握得熟练ꎬ教师需要让学生明确原本的 碳酸钠ꎬ碳酸氢钠与盐酸的反应 实验存在的问题和不足ꎬ并且提出相应的改进实验教学方案ꎬ以便于最大限度内满足学生的学习需求.因此ꎬ本文选择具体的题目对其进行进一步的分析ꎬ以求为教师的教学工作提供相应的参考.关键词:改进策略ꎻ碳酸钠ꎻ碳酸氢钠与盐酸的反应ꎻ高中化学中图分类号:Ｇ６３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００８－０３３３(２０２３)２４－０１１１－０３收稿日期:２０２３－０５－２５作者简介:李文飞(１９８１.１－)ꎬ湖北省襄阳人ꎬ中学一级教师ꎬ从事中学化学教学研究.㊀㊀实验不仅是化学教学中最为活跃和生动的教学手段ꎬ也是探究化学知识不可或缺的重要途径[１－２].在新课程改革的背景下ꎬ要求化学实验朝着生活化㊁绿色化和现代化的方向转变ꎬ以便于拓宽学生的学习思路[３].关于 碳酸钠㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 的内容也是高中化学考试当中不可忽视的内容ꎬ为了对其进行更进一步的分析ꎬ采取创设相应的情景ꎬ深入挖掘其中存在的联系ꎬ组织学生积极开展项目式学习方法的探究ꎬ帮助学生形成高阶思维[４].１传统 碳酸纳㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 实验例题㊀一个研究组研究了碳酸钠㊁碳酸氢钠和稀盐酸的反应.(１)实验用品:碳酸钠粉末(置于广口瓶)㊁稀盐酸(置于容积为１２５ｍＬ的细口瓶中)㊁抹布㊁纸槽㊁试管架㊁Ф１５ˑ１５０ｍｍ的试管㊁大烧杯(盛装废液)㊁药匙.㊀(２)实验步骤:①药品与仪器需仔细检查ꎻ②选择干燥试管ꎬ放入少量碳酸钠粉末ꎻ③将１~２ｍＬ稀盐酸加入试管中ꎻ④观察实验现象ꎬ及时向监考老师报告ꎻ⑤实验完成后ꎬ及时清洗试管ꎬ并将实验器材复位.(３)在含有少量碳酸钠(俗称)和碳酸氢钠的试管中加入足够的稀盐酸ꎬ观察到两者反应剧烈ꎬ产生大量气泡.碳酸氢钠与稀盐酸反应的化学方程式为.ʌ问题提出ɔ碳酸钠㊁碳酸氢钠和稀盐酸反应产生二氧化碳的速率相同吗?ʌ实验的具体设计ɔ(４)Ａ设计的实验如图１所示.实验过程中ꎬ两个注射器中的稀盐酸应为(充注操作)ꎬ观察到１１１如图２所示的现象.所以他得出结论ꎬ碳酸氢钠和稀盐酸反应产生二氧化碳更快.图１㊀Ａ实验装置㊀㊀㊀㊀㊀图２㊀Ａ实验观察到的现象(５)Ｂ质疑Ａ的实验:①碳酸钠㊁碳酸氢钠和稀盐酸的反应非常剧烈ꎬ很难通过观察来判断产气速度ꎻ②ꎬ他认为ꎬ应该取含碳量相同的碳酸钠和碳酸氢钠ꎬ如果碳酸钠的质量仍然是０.３１８ｇꎬ应该取ｇ碳酸氢钠.该组学生在老师的指导下设计了如图３所示的实验.图３㊀Ｂ实验设计情况①其中的连通管的作用是.②取相同体积㊁相同碳元素重量的碳酸钠和碳酸氢钠稀溶液(各取２滴酚酞溶液)和足够体积㊁相同浓度的稀盐酸进行实验.实验过程中溶液颜色变化记录于表１.瓶内压力随时间的变化如图４所示.表１㊀实验过程中溶液颜色变化记录滴入酚酞溶液滴入稀盐酸ꎬ溶液颜色变化碳酸钠溶液红色红色ң浅红色ң无色碳酸氢钠溶液浅红色浅红色ң无色㊀㊀ʌ实验结论ɔ(６)通过分析图４所示的实验数据ꎬ可以得出ꎬ在相同条件下ꎬ与稀盐酸反应更快生成二氧化碳ꎬ原因是.ʌ反思与应用ɔ①二者与稀盐酸反应均很剧烈ꎬ稀盐酸足量ꎬ相同质量的碳酸钠和碳酸氢钠完全反图４㊀Ｂ实验结果应产生二氧化碳的质量不相同ꎬ所以通过气球变大的程度无法确定两物质反应的快慢.含有碳元素的质量相同时ꎬ需要碳酸氢钠的质量为０.２５２ｇꎻ②碳酸钠溶液㊁碳酸氢钠溶液和稀盐酸反应的速率都很剧烈ꎬ连通管主要起平衡气压的作用ꎬ避免装置中压强过大导致稀盐酸不能顺利滴下ꎻ③由压强随时间的变化图可知ꎬ相同条件下ꎬ反应全部结束前ꎬ碳酸氢钠和稀盐酸反应时ꎬ装置中的压强越大ꎬ说明产生二氧化碳越多ꎻ④碳酸钠和稀盐酸之间的反应是分步进行的.２ 碳酸纳㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 的实验改进方案２.１内容改进方案教材中 碳酸钠㊁碳酸氢钠与盐酸反应 是一个定性实验ꎬ笔者通过层层递进ꎬ将其设计为定量实验.(１)使用压强传感器测定在密闭体系中的压强变化情况ꎬ作为判断产生气体速度快慢的重要依据.(２)为了了解盐酸与碳酸钠溶液反应的本质ꎬ需使用到酸式滴定管与ｐＨ传感器.２.２实验器材改进方案碳酸氢钠㊁碳酸钠㊁盐酸溶液㊁烧杯㊁数据采集器㊁笔记本电脑㊁试管与配套活塞㊁滴定计数器㊁ｐＨ采集器㊁磁力搅拌器㊁针筒注射器等器材.２.３实验教学过程改进方案２.３.１直奔主题ꎬ吸引关注根据物质分类ꎬ二者均属盐ꎬ盐能与盐㊁酸㊁碱等物质发生化学反应.按照强酸制弱酸原理ꎬ碳酸氢钠与碳酸钠都会与盐酸发生反应ꎬ得到的产物都有二氧化碳.将实物展示出来ꎬ提出问题:消防灭火使用的灭火器里装的是碳酸氢钠还是碳酸钠呢?学生在２１１观察物质后ꎬ可以得出结果ꎬ即碳酸氢钠.泡沫灭火器原理是:二氧化碳能灭火.基于速率角度激发学生继续思考:为什么泡沫灭火器会选择碳酸氢钠呢?学生猜想:碳酸氢钠和酸之间的反应速度更快.师生开展互动讨论ꎬ盐酸和碳酸氢钠㊁碳酸钠反应都有气体产生ꎬ而产生气体速度的快慢会对压强的改变速度产生影响[５].考虑到实验中控制变量的方法ꎬ设计第二个实验:在密闭空间当中ꎬ选择三支试管ꎬ第一支作为空白对照组ꎬ加入２ｍＬ蒸馏水ꎻ第二支加入碳酸钠０.１ｍｏｌ/Ｌꎬ第三支加入０.１ｍｏｌ/Ｌ碳酸氢钠溶液ꎬ分别往三支试管中加入５ｍＬ浓度为０.１ｍｏｌ/Ｌ的盐酸.另外ꎬ快速用橡皮塞塞紧试管ꎬ通过压强传感器观察压强的变化ꎬ采用数据采集器绘制曲线.根据图像能够明显发现ꎬ曲线斜率最大的是碳酸氢钠与盐酸反应的试管.这表明在相同时间内ꎬ盐酸和碳酸氢钠反应得到的二氧化碳气体速率更大ꎬ反应速度更快.在得到这一认识之后ꎬ让学生学会写相关化学方程式.Ｎａ２ＣＯ３＋２ＨＣｌ ２ＮａＣｌ＋ＣＯ２ʏ＋Ｈ２ＯＮａＨＣＯ３＋ＨＣｌ ＮａＣｌ＋ＣＯ２ʏ＋Ｈ２Ｏ在这个实验教学当中ꎬ逐层深入ꎬ让教学过程层层递进ꎬ不显得过于突兀.学生在提出猜想 寻找证据 得到证实的过程中ꎬ找到正确的思维方式.同时也持续落实所必须要掌握的基础知识ꎬ让学生学会写相关反应的化学方程式.２.３.２定量分析ꎬ继续拓展按照两种物质和盐酸反应的化学方程式发现ꎬ碳酸钠所需的盐酸数量更多ꎬ是否是因为反应速率慢呢?可否增加盐酸量来验证呢?再设计第三个实验:先选择相同浓度０.１ｍｏｌ/Ｌꎬ相同剂量１０ｍＬ的碳酸氢钠与碳酸钠溶液ꎬ逐滴加入盐酸ꎬ进行磁力搅拌.通过ｐＨ传感器获取溶液的ｐＨ变动情况ꎬ记录产生气泡时的ｐＨ以及所消耗的盐酸量.根据得到的结果图像ꎬ发现在ｐＨ为８左右时ꎬ碳酸钠和盐酸反应才会出现气泡ꎬ之前并无气泡ꎬ盐酸和碳酸钠的比例接近１ʒ１ꎻｐＨ在８.２４时ꎬ碳酸氢钠与盐酸反应出现气泡ꎬ绘制得到的图像曲线和碳酸钠溶液反应曲线吻合程度很高.结合上述结果ꎬ可以认为碳酸钠与盐酸的反应属于分阶段开展ꎬ即:Ｎａ２ＣＯ３＋ＨＣｌ ＮａＨＣＯ３＋ＮａＣｌＮａＨＣＯ３＋ＨＣｌ ＮａＣｌ＋ＣＯ２ʏ＋Ｈ２Ｏ３ 碳酸纳㊁碳酸氢钠与盐酸的反应 的实验改进效果㊀㊀实验中证明了碳酸氢钠的反应速度要更快一些ꎬ也能更快产生二氧化碳ꎬ提高灭火的速度.也说明了泡沫灭火器使用该物质的化学原理.在这次教学当中ꎬ采用了实验与理论结合ꎬ图形与数字结合的方法.这对学生实验素养的提升与化学学科能力的提升都有重要的促进作用.另外ꎬ优化后的实验更重视师生之间的互动ꎬ教师巧妙设计问题ꎬ引导学生去观察㊁分析和解决问题ꎬ也引导学生积极质疑ꎬ启迪创新思维.已有的教学结果也证实ꎬ只要精心设计问题情境ꎬ学生的探索意识㊁思维兴趣等都能得到很好的激发.而且优化后的实验不管是问题设计还是具体的实验开展都遵循了循序渐进的原则ꎬ重视学生的认知规律ꎬ让学生在逐步掌握知识的过程中ꎬ去探索更深层的问题ꎬ从而培养学生的独创性和判断性思维.参考文献:[１]赵旭梅.高中化学实验改进策略[Ｊ].新课程ꎬ２０２２(２９):１９４－１９５.[２]高霞.高中化学实验教学改进策略:以 铜和浓硫酸 为例[Ｊ].教师ꎬ２０２１(１５):５９－６０. [３]张文强.核心素养视域下高中化学实验教学现状与改进策略[Ｊ].新课程ꎬ２０２１(１８):３７. [４]张爱林.新课标下高中化学实验教学现状与改进策略研究[Ｄ].重庆:重庆三峡学院ꎬ２０２０. [５]林建斐.高中化学演示实验教学改进策略研究[Ｊ].高考ꎬ２０１９(３２):２０.[责任编辑:季春阳]３１１。

碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液与盐酸反应的实验设计摘要：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。

实践说明，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《金属与其化合物》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，实验结果说明，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?c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围盐酸过量，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。

碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验演示:取少量碳酸钠和碳酸氢钠分别放入两支干净的试管中，再向两支试管中分别加入少量盐酸，观察比较它们放出二氧化碳的快慢程度。

实验现象:碳酸氢钠遇到盐酸放出气体比碳酸钠剧烈得多。

实验结论:碳酸氢钠与盐酸反应放出CO2比碳酸钠与盐酸反应放出CO2快，是因为在碳酸氢钠溶液中存在碳酸氢根离子，加入盐酸后，与氢离子结合生成H2CO3，不稳定分解生成CO2。

而碳酸钠溶液中存在大量碳酸根离子，加入盐酸后，首先与氢离子结合生成碳酸氢根离子，再与氢离子结合才能生成H2CO3，所以放出CO2速度慢。

实验考点:1、强制弱原理的应用;2、弱酸的酸式盐的性质—能与强酸、强碱反应;3、弱酸跟结合氢离子是分步进行的;4、正盐和酸式盐与酸反应的剧烈程度。

经典考题:1、下面关于碳酸钠和碳酸氢钠说法不正确的是A、和同浓度的盐酸反应碳酸钠比碳酸氢钠反应剧烈B、碳酸钠的溶解度大于碳酸氢钠C、除去碳酸钠固体中少量的碳酸氢钠可以直接加热D、碳酸钠和氢氧化钠之间可以相互转化。

试题难度:易2、下列物质中，既能与氢氧化钠溶液反应，又能与盐酸反应的是 ( )A、Na2CO3B、(NH4)2CO3C、NaHCO3D、K2SO4试题难度:中3、泡沫灭火器内装的药液之一是NaHCO3饱和溶液，而不选用更廉价的Na2CO3饱和溶液，其原因是 ?质量相同的两种钠盐，NaHCO3与足量酸反应产生的CO2比Na2CO3多 ?产生同质量的CO2，消耗酸的量NaHCO3比Na2CO3少 ?NaHCO3与酸的反应比Na2CO3快得多 ?NaHCO3比Na2CO3稳定，便于长期保存A、只有??B、只有??C、???D、????试题难度:难1 答案:A解析:碳酸钠和碳酸氢钠性质的相同与不同点，属于记忆的东西。

2 答案:BC 解析:铵盐能与氢氧化钠反应，碳酸盐能与盐酸反应，HCO3,既能与酸反应又能与碱反应。

3 答案:C解析:NaHCO3的双水解反应的应用。

碳酸钠与碳酸氢钠性质对比的实验改进设计方案林丽蓉、姚志锋、苏适之问题的提出高中化学教材(人民教育出版社化学室编著2003年6月第1版)中，碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应，比较放出CO2的多少及剧烈程度，但往往不尽如人意。

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，而且将碳酸钠、碳酸氢钠倒进试管的过程中，部分粉末粘附在气球里!试管壁上而导致实验的失败。

碳酸钠与碳酸钠热稳定性的比较，要分两次操作，外部条件很难一致，对比性较弱。

实验设想怎样才能得到满意的实验效果呢？对于碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸的反应，要避免由于药品量少而部分又粘附在气球或试管内壁上而导致实验失败，且气泡逸出的快慢要明显，另外，对产生的气体进行检验。

对于碳酸钠与碳酸钠热稳定性的比较，要保证实验的外部条件尽量一致，缩短实验时间，现象明显。

所以必须对实验设计加以改进。

根据以上的设想，我们给出了两套装置对碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应进行改进。

设计了另外一套装置对碳酸钠与碳酸钠热稳定性的比较进行改进。

具体的实验过程如下。

改进与记录一、碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸的反应（一）改进方法一：1 实验改进的准备工作(1)实验前分别在2支具支试管内装入15mL 0.5mol/L的盐酸。

(2)用快速滤纸分别包碳酸钠和碳酸氢钠，并把滤纸包放进气球里；将气球(气球口径应比具支试管管口小)套在试管口上并用橡胶圈扎紧。

(3)具支试管的支管紧紧套上乳胶管，并用止水夹夹紧乳胶管的出口。

(4)取半截试管用澄清石灰水润湿内壁待用。

2 操作过程(1)将气球内的滤纸包倒入具支试管里，比较反应的剧烈程度及气球胀大的速度。

(2)反应停止后，比较气球的大小。

(3)将半截试管套住乳胶管，乳胶管口离半截试管底端1cm左右，用棉花塞住试管口，慢慢松开止水夹，注意控制出气速度。

可观察到气球慢慢干瘪，试管变模糊即澄清石灰水变浑浊。

3 实验装置（二）改进方法二：1、实验步骤及现象（1）在两只具支试管中分别放入等质量的碳酸钠和碳酸氢钠固体粉末（2）在Y型管中装入适量红墨水（3）在胶头滴管内吸取等量的稀盐酸（4）同时滴加盐酸，可看到碳酸钠与碳酸氢钠分别与稀盐酸反应，红墨水水注开始上升，碳酸氢钠的一边水注上升较快，到达Y的支口处又下降，然后又继续上升，循环往复，而碳酸钠的一端水注也上升但较慢。

关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究作者：王娜白新瑞来源：《化学教学》2007年第10期文章编号：1005－6629(2007)10－0008－02 中图分类号：G633.8 文献标识码：C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0.3g Na2CO3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：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑0.0028mol 1mol/L×0.003L0.0036mol 1mol/L×0.003LnHCl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。

碳酸钠和碳酸氢钠性质研究
探究目的：通过实验，探究碳酸钠和碳酸氢钠的物理性质和化学性质
探究预习：
实验用品：试管、滴管、烧杯、酒精灯、带铁夹的铁架台、碳酸钠（s）、碳酸氢钠（s）、酚酞、澄清石灰水、盐酸、蒸馏水。

探究过程：
1、在2支试管里分别加入少量碳酸钠和碳酸氢钠
①观察二者外观上的细小差别。

分别滴入几滴水，振荡试管，观察现象。

用手摸一摸试管底部，有什么现象？
②继续向试管内加入10ml水，用力振荡，有什么现象?
③向试管内滴入1~2滴酚酞溶液，各有什么现象？
在下表中记实验现象并得出初步结论。

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2\碳酸钠和碳酸氢钠与酸的反应
实验1的试管溶液，在2支试管中分别加入2ml稀HCL溶液。

3、碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性
在1支干燥试管里放入1克左右的NaHCO3粉末，用带有导管的塞子塞紧试管口。

如图1.进行实验。

然后把药品换成Na2CO3，做同样的实验，观察现象’。

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