1、實驗五 Na2CO3、NaHCO3與酸反應生成CO2速率比較實驗改進課程名稱：中學化學實驗教學論 評分 組員：指導老師： 實驗時間：一、探究問題的提出人教版普通高中新課程標準實驗教科書化學必修第56頁對碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質進行了科學探究，其中之一是碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與稀鹽酸反應。科學探究的目的是通過此反應比較碳酸根離子與碳酸氫根離子與氫離子反應的速度，從而說明碳酸根離子與氫離子結合的過程。教材上一般設計為以下實驗：往兩支試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個各裝有0.3g Na2CO3和NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管的管口。將氣球內的Na2CO3和NaHCO3同時倒進試管中，比較它們

2、放出CO2的快慢、多少和劇烈程度。由此實驗得出的結論是：Na2CO3和NaHCO3都能與稀鹽酸反應，且NaHCO3與稀鹽酸的反應比Na2CO3的劇烈得多。 教材的實驗操作起來存在很多問題：（1） 在同時倒置氣球的過程中，有可能兩種固體不能同時與鹽酸接觸反應。另 外，固體裝在氣球里面，在倒置時有可能粘在氣球內壁或小試管的上方， 使得反應不夠充分。（2）反應的劇烈程度及產生氣體的量，都用人眼判斷，容易產生誤差。（3）實驗中，氣球膨脹時易使氣球從試管口處剝落，造成實驗的失敗。（4）反應的劇烈程度一般用反應速率來定量描述?！盎瘜W反應速率是用來衡量化學反應進行快慢程度的，通常用單位時間內反應物濃度的減少

3、或生成物濃度的增加來表示”。對于不同種物質與某一特定物質反應劇烈程度的研究應以等時間、等物質的量為前提條件，進而通過對產物量的多少進行比較。在該實驗中量取等質量(0.3 g)的Na2CO3和NaHCO3，而M(Na2CO3)=106、M(NaHCO3)=84，這就導致了 n(NaHCO3) > n(Na2CO3)。在其他條件相同時，物質的量大的反應速率自然也要大一些，而加入NaHCO3粉末的試管上方的氣球要大一些實際上是由于Na2CO3的物質的量多。因此，在這里就不能得出 “NaHCO3與稀鹽酸的反應要比Na2CO3與稀鹽酸的反應劇烈得多”的結論。二、問題解決設想 基于以上提出的四個方面

4、的問題，我們小組對實驗做出了改進：（1） 為了保證碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種固體能夠同時并且充分反應，我們把 兩種固體裝在錐形瓶中，采用注射入硫酸的方法來進行實驗；（2） 為了使實驗現象更加明顯，我們通過U型管液面的高低變化情況，裝置兩邊的壓強差，來判斷氣體產生的快慢和量的多少。 由于產生的氣體為CO2氣體，會溶于水，所以U型管所裝的液體為飽和的碳酸氫鈉溶液，加入酚酞，使其為紅色溶液，增強實驗效果。課本實驗用的是稀鹽酸，但我們改進的實驗因為有利用到壓強差來判斷，所以為了防止鹽酸揮發，我們該用硫酸。（3）實驗中嚴格按照 n(NaHCO3) ：n(Na2CO3)=1:1（0.005mol）來進行的，所以

5、控制第一次注入n（H2SO4）=0.0025mol，第二次再次注入n（H2SO4）=0.0025mol，最大程度保證在定量的情況下來描述兩種固體反應速率的快慢。 因為文獻說明這個實驗所用的酸的物質的量濃度控制在0.5mol/L效果最好，所以要保證實驗所用的稀硫酸的濃度為0.25mol/L，實驗室的硫酸的濃度為18.4mol/L，質量分數為98.3%，采用V酸 : V水=1:72.53進行稀釋，稀釋后即可得到濃度為0.25mol/L的稀硫酸。實驗稱取0.42g的NaHCO3 （0.005mol）和0.53g Na2CO3（0.005mol），所以稀硫酸的用量為第一次注入10ml，第二次再注入10

6、ml。保證實驗的絕對定量。三、實驗設計方案1、實驗原理碳酸鈉和碳酸氫鈉反應產生CO2，但是兩種固體的反應產生的快慢有很大的區別，且產生氣體的體積不同。Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl +H2O +CO2NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO22、儀器與試劑試劑：碳酸鈉固體、碳酸氫鈉固體、硫酸溶液儀器：注射器、橡膠塞、導管、錐形瓶、U型管、量筒、鐵架臺3、實驗步驟及實驗記錄分別往兩個錐形瓶加入0.53g碳酸鈉固體（右邊）、0.42g碳酸氫鈉固體（左邊）。組裝好儀器如圖所示，在U型管上標記一開始液面的刻度。（見圖1）用兩只注射器各取10ml 0.25mol/L稀硫酸

7、溶液，同時加入錐形瓶中。（見圖2）拔出注射器，觀察實驗現象，標記好液面上升刻度。（見圖3）再次用兩只注射器各取10ml 0.25mol/L稀硫酸溶液，同時加入錐形瓶中。拔出注射器，觀察實驗現象。（見圖4） 圖1 在U型管上標記一開始液面的刻度 圖2 注射器各取10ml0.25mol/L稀硫酸溶液，同時加入錐形瓶 圖3 U型管左邊液面低于右邊液面（左邊壓強大，有氣體生成） 圖4 U型管液面再次持平（硫酸足量，兩邊產生的氣體的量相等）四、 實驗現象分析（1）實驗中，一開始加入10ml 0.25mol/L稀硫酸溶液，裝有碳酸氫鈉的錐形瓶中會立即生成許多氣泡，且U型管中接近碳酸氫鈉的液面會低于接近碳酸

8、鈉的液面，說明了碳酸氫鈉與等量的酸反應，會立即生成CO2氣體，而碳酸鈉則沒有產生氣體。則證明了“NaHCO3與酸的反應要比Na2CO3”與酸的反應劇烈得多的結論。（2）再次注入10ml 0.25mol/L稀硫酸溶液，裝有碳酸氫鈉的錐形瓶中沒有明顯現象，而裝有碳酸鈉的錐形瓶中會立即生成許多氣泡，且U型管中液面又恢復實驗前的持平狀態。說明了等量的碳酸氫鈉和碳酸鈉與足量的酸反應，產生CO2的體積是相等的。五、相關問題探討結合教材實驗存在的問題以及我們在實驗過程中發現的新問題，進行了如下探討：1、 我們改進的實驗裝置確實解決了“氣球易脫落”、“反應物黏結在壁上”的問題。2、 由于鹽酸具有揮發性，且會與

9、U形管中的飽和碳酸氫鈉溶液反應而影響實驗結果的準確性，因此我們用硫酸來代替鹽酸進行反應。3、 為了便于觀察實驗現象，我們在U形管中的飽和碳酸氫鈉溶液中加入了酚酞試液，使溶液顯粉紅色，這樣在實驗過程中我們能很清楚地看到U形管出現明顯的液面差。4、 為了保證實驗的定性和定量，實驗中的U形管兩邊的裝置（錐形瓶、玻璃管、橡皮管等）我們都盡量保持一致。5、 由于我們改進后的實驗對產生的CO2的量要求比較嚴格，如果太少則不便于觀察實驗現象，太多則可能導致U形管中的溶液會通過導管甚至進入錐形瓶而使實驗失敗，所以我們通過查找文獻發現用0.5mol/L的稀硫酸溶液與Na2CO3、NaHCO3固體反應是最合適的，

10、而Na2CO3、NaHCO3固體的量則分別為0.53g和0.42g。6、 取相同物質的量的Na2CO3和NaHCO3固體進行反應，能很好的證明實驗目的：“NaHCO3與稀鹽酸的反應要比Na2CO3與稀鹽酸的反應劇烈得多”。7、 用U形管兩端的液面差來體現產生CO2氣體的體積大小進行比較從而說明“碳酸根離子、碳酸氫根離子與氫離子反應的速度”，比教材實驗用氣球的大小來判斷更具說服力。8、 實驗開始我們是打算用分液漏斗來向錐形瓶中加入稀硫酸，但在檢查實驗裝置的氣密性時我們發現只要錐形瓶中的壓強稍微增大就會導致分液漏斗中的溶液無法流下，所以后來我們改用兩支10mL的針筒來分別錐形瓶中注入稀硫酸，這樣就

11、能順利地使反應發生。六、實驗后的自我反思與評價在本次實驗中，由于前期準備工作的不足，在實驗過程中我們小組遇到了一些問題。如稀硫酸濃度的確定，Na2CO3和NaHCO3固體質量的確定，稀硫酸的注入方式等。在自己親自動手做實驗之前我們覺得我們對這個實驗的改進是很好的，并沒有發現存在什么問題，但到了實驗室開始做實驗才發現我們還是有很多問題沒有考慮周全，所以對于中學化學里看似簡單的實驗也是要自己實踐后才能更全面地發現問題，解決問題，進而順利地演示實驗。另外，中學階段我們分辨NaHCO3 ，Na2CO3 溶液的辦法是往溶液里逐滴滴加稀HCl。往NaHCO3中滴入稀鹽酸立即產生大量氣泡，往Na2CO3中滴

12、入稀鹽酸先無氣泡后有氣泡。但我們的實驗中還是有看到Na2CO3中產生氣體。對這一判別方法，理論上行得通，但具體教學實踐中還是要慎重。改進后的實驗現象直觀、便于觀察，還能測出定量的結果，演示效果良好。但本實驗裝置仍存在著較大的誤差，其中氣密性是最大的問題，實驗裝置精確度不夠高。該實驗能幫助學生得到NaHCO3與H2SO4的反應速度要Na2CO3與H2SO4的反應速度快的正確結論。等物質的量的Na2CO3和NaHCO3與過量H2SO4反應得到CO2氣體應該是一樣的，而在我們改進的實驗中也能明顯地觀察到這一現象，這也是我們實驗改進比較成功的地方。七、參考文獻1 張秋彥, 鄭鐵安, 馮品鈺 . 碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應速率比較實驗的改進. 教學儀器與實驗, 2010,