關(guān)于碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究

文章編號(hào)：1005－6629(2007)10－0008－02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C

人教版高中化學(xué)必修教材[1]第一冊(cè)32頁(yè)有這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在兩只試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個(gè)各裝有0.3g Na2CO3和NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩只試管口。將氣球內(nèi)的Na2CO3和NaHCO3同時(shí)倒入試管中，比較它們放出CO2的快慢。由此實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：Na2CO3和NaHCO3都能與稀鹽酸反應(yīng)，但NaHCO3與稀鹽酸的反應(yīng)要比Na2CO3與稀鹽酸的反應(yīng)劇烈得多。筆者認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)存在如下問(wèn)題：

1 對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)疑

1.1 教材中沒(méi)有指明稀鹽酸的具體濃度

只要是稀鹽酸就可以嗎？濃度小于等于6mol/L的鹽酸都是稀鹽酸，筆者將6mol/L的稀鹽酸同時(shí)加入Na2CO3和NaHCO3固體中，反應(yīng)現(xiàn)象同樣的劇烈，根本分辨不出Na2CO3和NaHCO3。筆者通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明只有濃度小于1mol/L的稀鹽酸跟Na2CO3和NaHCO3反應(yīng)才能根據(jù)反應(yīng)的劇烈程度區(qū)分Na2CO3和NaHCO3。魯科版化學(xué)新教材中把這個(gè)實(shí)驗(yàn)中鹽酸的濃度定為0.5mol/L，應(yīng)該也是基于這方面的考慮。

1.2 用等質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3與等量鹽酸反應(yīng)比較速率科學(xué)嗎？

化學(xué)反應(yīng)速率的快慢不僅取決于物質(zhì)的性質(zhì)，還與反應(yīng)物的濃度有關(guān)。0.3g Na2CO3的物質(zhì)的量為0.0028mol，0.3g NaHCO3的物質(zhì)的量為0.0036mol，加入3mL稀鹽酸后，如果不考慮溶液體積變化，Na2CO3的物質(zhì)的量濃度為0.93mol/L，NaHCO3的物質(zhì)的量濃度為1.2mol/L，由此NaHCO3與等量鹽酸反應(yīng)來(lái)比較反應(yīng)速率是不科學(xué)的。

1.3 通過(guò)產(chǎn)生氣體的量比較反應(yīng)速率科學(xué)嗎？

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，鹽酸濃度為1mol/L(該濃度可以根據(jù)與鹽酸的反應(yīng)現(xiàn)象區(qū)分出碳酸鈉和碳酸氫鈉)時(shí)：

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

0.0028mol 1mol/L×0.003L

0.0036mol 1mol/L×0.003L

nHCl<2n Na2CO3nHCl

上述兩個(gè)反應(yīng)鹽酸的量都是不足的，產(chǎn)生氣體的量應(yīng)該由鹽酸的量來(lái)計(jì)算，而鹽酸的量是相同的，因此在不考慮誤差的情況下，氣球脹得應(yīng)該是一樣大的。若鹽酸是足量的，NaHCO3比Na2CO3產(chǎn)生的CO2氣體多，是因?yàn)榈荣|(zhì)量的Na2CO3物質(zhì)的量比NaHCO3物質(zhì)的量小，跟反應(yīng)速率是沒(méi)有關(guān)系的，所以用產(chǎn)生氣體的量來(lái)比較反應(yīng)速率也是不科學(xué)的。

2 Na2CO3和NaHCO3與20mL 6mol/L鹽酸反應(yīng)熱效應(yīng)的定量測(cè)定

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，Na2CO3和NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)的熱效應(yīng)是明顯不同的，Na2CO3與稀鹽酸反應(yīng)有明顯的放熱現(xiàn)象，而NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)有明顯的吸熱現(xiàn)象，關(guān)于這一點(diǎn)有關(guān)資料也提到了，但是未見(jiàn)有對(duì)其熱效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)定量研究的，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，用定量研究的方法來(lái)證明二者與稀鹽酸反應(yīng)的熱效應(yīng)不同：分別取兩只試管，加入等質(zhì)量的Na2CO3和NaHCO3固體，通過(guò)滴液漏斗以相同的速率滴加20mL 6mol/L鹽酸，由溫度計(jì)的溫度變化比較二者熱效應(yīng)的不同。實(shí)驗(yàn)裝置如上：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1：

表1 相同質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3與20mL 6mol/L

鹽酸反應(yīng)的溫度變化(室溫15℃)

(20mL 6mol/L鹽酸與6g Na2CO3、NaHCO3反應(yīng)都是足量)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可以看出，隨著反應(yīng)物質(zhì)量的逐漸增加，反應(yīng)后溶液的溫度變化逐漸明顯；這能不能就說(shuō)明Na2CO3與稀鹽酸反應(yīng)是一個(gè)放熱過(guò)程，而NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)就是一個(gè)吸熱過(guò)程呢？有沒(méi)有可能是固體溶于水的熱效應(yīng)呢？于是又做了如下對(duì)照實(shí)驗(yàn)：分別將同樣質(zhì)量的Na2CO3、NaHCO3固體溶于20mL的水中，測(cè)量溶液的溫度變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2：

表2相同質(zhì)量Na2CO3、NaHCO3溶于水的溫度變化

(注：20℃時(shí)，NaHCO3的溶解度為9.6g/100g水，隨著溫度的降低NaHCO3的溶解度逐漸減小，故15℃時(shí)，3g NaHCO3溶于20mL水后即形成了飽和溶液，再增加NaHCO3的質(zhì)量，溶液溫度不再變化)

表3幾種物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的生成焓(數(shù)據(jù)來(lái)源于[2])

根據(jù)公式：△rH m=Σ(△fH m (產(chǎn)物))－Σ(△fH m (反應(yīng)物))

反應(yīng)①△rH m， 298＝［2×(-239.66)+(-285.83)+(-393.51)］-［(-1130.68)+2×0］=-27.98KJ/mol(△rHm <0，此反應(yīng)為放熱反應(yīng))

反應(yīng)② △rHm，298＝［(-239.66)+(-285.83)+ (-393.51)］-［(-947.7)+0］=28.7KJ/mol(△rHm >0， 此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。

3 鑒別Na2CO3和NaHCO3的方法

基于以上的實(shí)驗(yàn)及分析，筆者提出了鑒別Na2CO3和NaHCO3的方法：在兩只小燒杯中，各加入9mL 6mol/L鹽酸，分別向其中加入3g Na2CO3、NaHCO3固體，迅速將小燒杯放在事先已經(jīng)滴有6滴水的玻璃片上，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，由于NaHCO3與稀鹽酸反應(yīng)吸收熱量而使玻璃片上的水結(jié)冰，從而將玻璃片與小燒杯粘在一起，Na2CO3與稀鹽酸反應(yīng)則使燒杯發(fā)燙。(實(shí)驗(yàn)時(shí)的室溫為23℃)

參考文獻(xiàn):

[1]人民教育出版社化學(xué)室.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)(必修)《化學(xué)》第一冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2003，32.

[2]北京師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、南京師范大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研室編.《無(wú)機(jī)化學(xué)》上冊(cè)[M].第四版，北京：高等教育出版社，429-430.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”