章建鋒+喬麗敏

摘要：針對中學教材中“Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應實驗”的不足，進行了多種方案的實驗改進。分別介紹了“水中實驗”、“泡沫實驗”、“注射器替代氣球”和“石灰水替代氣球”四則實驗改進方案。這些實驗方案具有簡約性、趣味性和科學性，能明顯提高實驗效果。

關鍵詞：Na2CO3；NaHCO3；鹽酸；教材方案；實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）6–0053–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

Na2CO3與NaHCO3是兩種常見的重要鈉鹽，其中關于Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應的對比實驗，不同教材實驗設置不同。人教版化學必修1中關于該知識點設置了一組演示實驗[1]：在兩支試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個各裝有0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口，將氣球內的Na2CO3和NaHCO3同時倒入試管中，觀察反應現象（圖1“人教版”方案）。而蘇教版化學必修1中關于該知識點設置成探究實驗，教材只給出了結論而未給出實驗方案，但是教材在介紹Na2CO3與鹽酸反應的性質時，給出了實驗方案的裝置圖[2]（圖1“蘇教版”裝置圖）：將膠頭滴管中的濃鹽酸加入廣口瓶中，觀察實驗現象。因為在教學過程中學生立刻會討論出方案，可以使用“蘇教版”方案讓同濃度鹽酸同時與等量的Na2CO3和NaHCO3固體或與二者同濃度等體積的溶液反應，對比二者氣球變大的情況來進行驗證。然而在實驗中，出現了一些問題，如：裝置的氣密性無從驗證；兩者與鹽酸反應都很快，很難通過實驗來比較“劇烈程度”；使用小氣球膨脹差異的比較雖然有時有一定效果，但是也有學生提出“碳酸鈉氣球”是否會存在漏氣等質疑。針對諸如此類問題，筆者對該實驗進行了改進和探討。

1 “人教版”方案改進

在實驗儀器方面，“人教版”方案相對“蘇教版”方案要簡單一些，兩者都具備實驗的趣味性，但也存在裝置氣密性無法檢驗和實驗過程中的漏氣問題，實驗不夠嚴謹，缺乏可信度。

1.1 “水中實驗”方案

筆者在實驗準備室里挑選不同口徑氣球多次進行該實驗，發現氣球口徑稍大則氣密性不好，氣球太小藥品不易裝入，相應口徑太小也不易套住試管，因此教學演示前需要挑選合適口徑的氣球。在教學過程中，為了增強實驗的可信度，筆者將“人教版”方案實驗的環境進行了改進，讓其反應過程中的氣密性檢驗在水中進行，即將套在試管上的氣球口浸沒在盛水的大燒杯中進行實驗，為了不讓試管上浮，用試管夾夾住氣球與試管重疊的部分（圖2）。由于筆者事先經過多次挑選，所以在教學演示時能很好地排除“碳酸鈉氣球”比“碳酸氫鈉氣球小”不是由于漏氣原因所致。

1.2 “泡沫實驗”方案

由于Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應都很快，不易比較兩者的“劇烈程度”，是否可借助其他介質來“放大”實驗的現象呢？經反復試驗后筆者設計了如下實驗：分別將0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末置于兩支試管中，各加入5mL水溶解，再分別滴入1滴洗潔精，振蕩，待泡沫幾乎消失后，用兩支同型號膠頭滴管吸取6 mol/L的鹽酸各1滴管，同時滴入兩支試管中，觀察到Na2CO3溶液中的泡沫上升至試管中上部，而NaHCO3溶液中的泡沫快速沖至試管口甚至溢出，效果如圖3所示。該實驗操作簡單，現象明顯且具有較強的趣味性。

2 “蘇教版”方案改進

“蘇教版”方案展示的裝置同樣存在氣密性無法檢驗和實驗過程中漏氣幾率較大的問題。漏氣原因可能是由于瓶內壓強迅速增大，導致膠頭滴管的膠頭與玻璃管接合處或者是氣球與玻璃導管的接合處漏氣。

2.1 “注射器替代氣球”方案

曾有同行使用了葡萄糖口服液瓶（10mL，帶能倒扣的膠塞）的“單注射器”方案[3]（圖4）：瓶中放入0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末，用注射器吸入2mL 0.5 mol/L稀鹽酸，同時注入瓶中，觀察注射器活塞上升的快慢進行判斷。該實驗方案有藥品使用量少，氣密性容易檢驗等優點。筆者嘗試該實驗方案，發現在將注射器中的鹽酸部分注入瓶中時，立刻產生氣體，瓶內氣壓迅速增大，注射器中剩余鹽酸注入稍有困難但仍能完成注入，由于“自帶膠塞”厚度不大，瓶內壓強迅速增大易將膠塞頂起而出現漏氣。為了解決這一問題，筆者嘗試使用了“雙注射器”方案（圖4）：將該瓶自帶膠塞改成實驗室專用的厚膠塞，為了防止Na2CO3粉末遇水結塊，將0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末裝入瓶中后，各加入3mL水溶解，為了縮短鹽酸的注射時間，使用小量程注射器（5mL）均吸入0.5mL 2 mol/L稀鹽酸，同時將稀鹽酸注入瓶中后繼續抵住活塞，通過同時觀察另一注射器活塞向上移動的快慢進行判斷。

2.2 “石灰水替代氣球”方案

筆者通過對“人教版”方案改進成敞口“泡沫實驗”方案的過程中，聯想到另一種改進方法，如圖5所示，將0.1g Na2CO3或NaHCO3粉末裝入葡萄糖瓶（10mL）中后，各加入3mL水溶解，使用小量程注射器（5mL）均吸入2mL 0.5 mol/L稀鹽酸，試管中盛裝6mL澄清石灰水，同時將稀鹽酸注入瓶中后，對比同時間內澄清石灰水的渾濁程度來進行判斷。

3 實驗改進的注意事項

3.1 “固液”反應與“液液”反應

從藥品的加入方式上看，“人教版”方案是Na2CO3、NaHCO3粉末“加入”酸（3mL稀鹽酸）中，“蘇教版”方案是酸（1滴管濃鹽酸）“加入”Na2CO3、NaHCO3溶液中。筆者曾在使用“蘇教版”方案時嘗試改用酸“加入”Na2CO3、NaHCO3粉末中，但是由于Na2CO3粉末遇水容易結塊，雖然其溶解度大于NaHCO3，但是其溶解過程沒有NaHCO3那樣“干脆”，因此將一滴管（1mL左右）鹽酸加入Na2CO3粉末中后，部分Na2CO3粉末遇水結塊（這一點在做二者溶解實驗時也有體現），減小了Na2CO3粉末與鹽酸反應的速率，更何況少量鹽酸并不能與粉末充分接觸，因此等到“實驗結束”再去晃動Na2CO3反應的試劑瓶時，又有氣泡產生，故設計成溶液間的反應更加適宜。基于這一點，在探究Na2CO3性質時，“蘇教版”方案使用了“液液”反應，筆者在實驗改進過程中也注意到了這種情況。

3.2 注意鹽酸的濃度

在“人教版”方案和“蘇教版”方案實驗中，由于存在漏氣的可能，因此不宜使用濃鹽酸，特別是NaHCO3與濃鹽酸反應速率很快，該氣球容易漏氣，因此筆者在使用“水中實驗”時采用了1 mol/L稀鹽酸。同樣為了減小反應的速率，“注射器替代氣球”方案、“石灰水替代氣球”方案均適當減小稀鹽酸的濃度，但是“泡沫實驗”方案中，若使用1滴管稀鹽酸則泡沫產生不多，使用濃鹽酸則二者泡沫均快速產生，因此經過多次實驗后“折中”選擇了6 mol/L的鹽酸進行實驗為宜。

化學實驗是檢驗化學理論知識的重要依據，教學過程中不但要求化學實驗設置具有趣味性、簡約性，更需注意實驗的科學性、嚴謹性，這樣才能讓學生體會到實際情況與化學理論知識相符，增強可信度。

以上四則實驗改進方案是在教材的基礎上加以改變，其中不同程度體現了實驗的簡約性、趣味性、可信性。當然要達到更好的效果，實驗藥品的用量需要教師通過多次實驗嘗試來確定。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學室.化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2003：32.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京：江蘇教育出版社，2010：51～52.

[3]萬立新，李鳳桃. Na2CO3、NaHCO3與稀鹽酸反應實驗的改進[J].中小學實驗與裝備，2006，（1）：34.