碳酸钠与碳酸氢钠鉴别实验的教学改进

碳酸钠与碳酸氢钠鉴别实验的教学改进

碳酸钠与碳酸氢钠是中学化学中常见的物质，它们的鉴别实验也是教学中的重点和难点。本文从实验装置、操作步骤和现象观察等方面对传统的鉴别方法进行了改进，旨在为化学教师和学生提供一种更加直观、可控的实验方案。

1. 引言

素质教育与应试教育的本质区别在于其能否激发并培养学生的创新精神和实践能力。对于化学学科而言，化学实验在学生学习过程中发挥着关键作用。化学实验能够让学生更加直观地理解概念，培养动手实验的技能，激发对化学学科的兴趣，培养解决问题的能力，将理论与实践相结合。碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别实验是中学化学中最为典型的教学案例，本文从较为传统的鉴别手段出发，探寻直观、实验可控的鉴别法，为鉴别类的实验教学提供参考。

2. 实验教学目的

激发学生的学习兴趣，简化实验操作，使得Na2CO3与NaHCO3鉴别现象更加直观、明显。

3. 实验药品和仪器

• 药品：碳酸钠、碳酸氢钠、氯化钡（均为粉末，分析纯）；稀盐酸、蒸馏水
• 仪器：试管、胶头滴管、电子天平、药匙、称量纸、量筒、烧杯、玻璃棒、100 ml容量瓶、10 ml注射器、U形管

4. 实验方案和过程

4.1. 实验方案1：氯化钡鉴别法

实验装置：见图1

图1. 氯化钡鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的实验装置图

实验步骤：

1. 分别配制0.1 mol/L的Na2CO3、NaHCO3和BaCl2溶液；
2. 量取10 mL 0.1 mol/L的Na2CO3、NaHCO3分别加入两支试管中；
3. 用胶头滴管取适量的0.1 mol/L BaCl2溶液分别滴加到两支试管中。

实验现象：Na2CO3溶液在滴加BaCl2溶液后，立刻产生沉淀。NaHCO3溶液在滴加BaCl2溶液后也产生了沉淀。

实验原理及解释：

• Na2CO3+ BaCl2= BaCO3↓ + 2NaCl
• 2NaHCO3+ BaCl2= BaCO3↓ + CO2↑ + H2O + 2NaCl

在NaHCO₃中，水解在反应中不占主导，而HCO₃⁻的自偶电离占主要反应：
2HCO3−⇌CO32−+ H2CO3K = 1.35 × 10−4

NaHCO₃的物质的量浓度为0.1 mol/L，计算出CO32−的物质的量浓度为1.15 × 10−3mol/L。根据BaCO3的溶度积，Ksp = 2.58 × 10−9，可计算出Ba2+的物质的量浓度只需要达到2.24 × 10−6mol/L便会产生沉淀。

不足：两支试管都有沉淀产生，鉴别效果不是很明显。可见BaCl2溶液并不是鉴别Na2CO3与NaHCO3溶液的最好方法。

4.2. 实验方案2：盐酸鉴别法

实验装置：见图2

图2. 盐酸鉴别碳酸钠与碳酸氢钠实验装置图

实验步骤：

1. 在左右两支试管中分别加入7.5 mL 6 mol/L盐酸；
2. 在两个气球中分别加入0.84 g碳酸钠与1.06 g的碳酸氢钠粉末，然后分别套在甲乙两支试管口；
3. 将甲乙两支带气球的试管固定在试管支架上，同时将两个气球的固体颗粒倒入试管中。

实验现象：甲乙两试管上的气球都臌胀变大，甲试管中的反应更加剧烈，气球胀大较快，且胀大的体积更大。

原理及解释：

• Na2CO3+ 2HCl = 2NaCl + CO2↑ + H2O
• NaHCO3+ HCl = NaCl + CO2↑ + H2O

相同物质的量的碳酸钠、碳酸氢钠分别与等量的盐酸反应，根据化学反应方程式可知，在消耗相同量的盐酸溶液，碳酸氢钠产生的气体量比碳酸钠的多。

不足：由于碳酸钠、碳酸氢钠都是固体颗粒难以保证所有固体都能与盐酸反应，且无法完全保证两种固体同时与盐酸溶液反应。

4.3. 实验方案3：盐酸滴定鉴别法

实验装置：见图3

图3. 盐酸滴定鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的实验装置图

实验步骤：

1. 在两支U型管中分别加入已经配好的15 mL 1 mol/L Na2CO3和NaHCO3溶液，两支U型管的右端分别套上气球，左端塞好橡胶塞；
2. 用注射器吸入5 mL 6 mol/L盐酸，再慢慢地将注射器插入U型管左端的橡胶塞；
3. 缓慢且同步的推动注射器活塞，让注射器逐滴的滴加盐酸溶液。

实验现象：甲U型管中的溶液刚开始没有明显现象产生，慢慢的有气泡产生，气球开始臌胀，乙U型管中的溶液在有盐酸滴入后，立刻产生气泡，气球迅速膨胀。

原理及解释：

• CO32−+ H+= HCO3−
• HCO3−+ H+= CO2↑ + H2O

碳酸钠与盐酸反应产生CO2需要两步，第一步是发生方程5，第二步发生方程6，才会有气体生成，而碳酸氢钠与盐酸反应产生CO2只需要进行第二步。所以碳酸氢钠反应更加迅速。

5. 实验结论

通过本次实验，可知采用氯化钡溶液鉴别碳酸钠与碳酸氢钠溶液，实验现象不易区分碳酸钠与碳酸氢钠，不是最佳鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的实验方法。采用在等量盐酸中加入等物质的量的碳酸钠与碳酸氢钠粉末根据气球变化来鉴别二者，实验现象能够将两者区别开来，但是实验难以保证药品的同步加入且难以保证反应完全。在两U型管中分别加入等物质的量碳酸钠与碳酸氢钠溶液，以注射器滴加盐酸溶液与它们反应，根据套在U型管上的气球变化速率及大小鉴别碳酸钠与碳酸氢钠，实验现象明显、实验装置简单且实验反应速率可控，是鉴别碳酸钠与碳酸氢钠的好方法。

6. 改进实验的意义

1. 通过对Na2CO3、NaHCO3的鉴别实验改进，不仅增强学生学习化学的兴趣，也将教材实验更加具体化，使得实验现象更明显更容易区分Na2CO3、NaHCO3。
2. 利用本实验更进一步落实了物质的量及离子反应的知识。
3. 该实验的改进可以使其学生更清晰的辨别Na2CO3、NaHCO3，培养学生的科学思维，使学生能更加严谨的思考问题。
4. 帮助学生理解化学在日常生活和工业中的应用。这有助于学生更好地认识到化学的实际意义，增强他们对科学的实际应用的认识。

7. 总结

实验在学习化学知识中扮演着不可或缺的角色，它不仅能够直观地呈现和验证化学理论，而且有助于学生在心理上确立化学实验的方法，并验证这些方法的有效性。对于一些较为抽象难懂的化学概念，通过实验的方式能够使学生得出正确的结论，获得实用的化学知识。这种亲身参与的学习方式不仅让学生更好地理解化学知识，还让他们在日常生活中切实感受到化学的重要作用。通过实验，学生更容易培养对化学的兴趣，也更加热爱化学实验的过程。