再議碳酸鈉、碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

黃金泉 楊曉東

摘要：在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種較為簡(jiǎn)便且易操作的實(shí)驗(yàn)方法：取2支硬質(zhì)試管，試管口同方向上下錯(cuò)位10cm左右，用扎帶將它們捆扎在一起，往兩試管中分別加入碳酸氫鈉、碳酸鈉固體，各自連接帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞，將兩導(dǎo)管一一通入澄清石灰水中。加熱大約2分鐘后即可觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。該實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)用性強(qiáng)、成功率高，適用于課堂演示和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：碳酸氫鈉;熱穩(wěn)定性;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);硬質(zhì)試管;澄清石灰水

1問題的提出

“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)1·必修》第56頁(yè)中一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是采用一套相同的裝置通過同時(shí)、分別加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉來完成的，應(yīng)該說其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是明顯的。但這樣操作需要做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分兩處加熱，費(fèi)時(shí)耗力，且不能保證兩處實(shí)驗(yàn)的加熱環(huán)境完全相同。有些版本的教材對(duì)該演示實(shí)驗(yàn)沒作安排，但在新授課過程中，大多數(shù)教師都會(huì)對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。筆者查閱相關(guān)文獻(xiàn)，大多是采用“套管實(shí)驗(yàn)”來比較碳酸鈉與碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性，如圖1所示。套管實(shí)驗(yàn)固然對(duì)比性強(qiáng)，現(xiàn)象明顯，且只需加熱一次，但也有諸多不便因素，比如實(shí)驗(yàn)裝置組裝起來比較麻煩，內(nèi)試管的支撐僅靠一根玻璃導(dǎo)管并不牢固，容易折斷。因此，該裝置的實(shí)用性受到了一定的限制。為此，筆者將“碳酸鈉與碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)，愿與同行們探討，以求拋磚引玉。

2對(duì)一些改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置的評(píng)述

帶著疑問，筆者查閱了近年的相關(guān)文獻(xiàn)資料。王開華和周彥老師，在設(shè)計(jì)方案時(shí)充分考慮到實(shí)用性和對(duì)比性，既保證了加熱環(huán)境相同，增強(qiáng)了比對(duì)性，又體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)便性，實(shí)驗(yàn)儀器少，組裝方便。其亮點(diǎn)是制作了一個(gè)中問隔開的u形管（如圖2所示）。按作者的說法，該隔開u形管兩側(cè)管子沒有任何氣體或物質(zhì)交換。但筆者對(duì)改進(jìn)后的這套實(shí)驗(yàn)裝置有點(diǎn)想法，愿與兩位老師商榷：如何能做到在u形管的中間進(jìn)行隔離，使兩側(cè)管子沒有任何氣體或物質(zhì)交換？用什么材料能達(dá)到如此密封的程度？文章中并未明確指出，推測(cè)對(duì)大多數(shù)教師而言，恐怕很難做到這一點(diǎn)。除非特地去定制這種儀器，況且課前準(zhǔn)備起來費(fèi)時(shí)耗力。既然不易準(zhǔn)備，則該裝置的實(shí)用性就會(huì)大打折扣，在實(shí)際教學(xué)中就難以被教師推廣應(yīng)用。

由陳立銘、李德前兩利用長(zhǎng)柄V型玻璃管設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示，將2支長(zhǎng)柄V型玻璃管并列固定，實(shí)驗(yàn)時(shí)在兩支玻璃管中問用酒精燈加熱，加熱環(huán)境可認(rèn)為相同，增強(qiáng)了Na2CO3、NaHC03熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性。但筆者覺得，這種創(chuàng)新方案設(shè)計(jì)實(shí)用性并不強(qiáng)：首先，這種儀器不是實(shí)驗(yàn)室常用儀器，有多少教師會(huì)為了做這個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)特地去將硬質(zhì)玻璃管熔成這樣的形狀？除非是為了開設(shè)公開課或特地去定制這種儀器。其次，在水平放置的玻璃管中加入Na2CO3和NaHC03固體至適當(dāng)?shù)奈恢茫僮麟y度較大且費(fèi)時(shí)，因?yàn)椴ＡЧ芄軓教　Ｆ淙吻迨宜牧刻伲钩吻迨宜儨啙岈F(xiàn)象不明顯，導(dǎo)致坐在幾米外的學(xué)生難以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;倘若增加澄清石灰水的量，加熱時(shí)又會(huì)造成石灰水從玻璃管中噴出，使實(shí)驗(yàn)失敗。

伍強(qiáng)老師設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方案，實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。其方法是先制作2根一端封閉的玻璃彎管，將Na2CO3和NaHCO3固體分別裝入一端封閉的玻璃彎管中，另一端分別通入澄清石灰水，用食用油油浴加熱，將溫度計(jì)插入食用油中。點(diǎn)燃酒精燈加熱約2分鐘，食用油溫度升高至130～140℃時(shí)，右側(cè)的澄清石灰水無(wú)明顯現(xiàn)象，左側(cè)的澄清石灰水變渾濁。從而證實(shí)在相同溫度下Na2CO3固體不分解，而NaHC03固體分解生成CO2、Na2CO3和H20。應(yīng)該說伍老師的設(shè)計(jì)理念非常新穎：一是加熱溫度相同，實(shí)驗(yàn)對(duì)比性強(qiáng)，能增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí);二是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生觀察且只需一次加熱;三是實(shí)驗(yàn)采用油浴加熱，能準(zhǔn)確控制溫度，并能拓展學(xué)生的知識(shí)面。但這種方案設(shè)計(jì)的實(shí)用性也不強(qiáng)，不易推廣。這是由于，一方面整個(gè)裝置過于復(fù)雜，光用于固定的鐵夾就要有4個(gè)，還要用到食用油和溫度計(jì)等，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備起來同樣費(fèi)時(shí)耗力;另一方面，實(shí)驗(yàn)前需要特地準(zhǔn)備2根一端封閉的玻璃彎管，這種玻璃彎管的準(zhǔn)備操作難度大，需要將彎管的一端管口在酒精噴燈火焰上熔化封閉而成，工作量大，況且要將Na2CO3和NaHC03固體分別推送到封閉的玻璃彎管一端底部也不是一件易事，按伍老師的說法要借助塑料飲料吸管作為工具才得以實(shí)現(xiàn)。

3“碳酸鈉、碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較實(shí)驗(yàn)”的再改進(jìn)

基于選用常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器且不額外增添其他儀器的理念，為使該實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性更好，成功率更高，現(xiàn)象更明顯，操作更簡(jiǎn)便，實(shí)用性更強(qiáng)。筆者對(duì)“碳酸鈉、碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行了再改進(jìn)。

3.1具體操作步驟

取2支大小相同的硬質(zhì)試管和2根尼龍?jiān)鷰В鐖D5-a所示。將兩試管管口同方向錯(cuò)位放置，錯(cuò)位距離大致10cm左右，然后用自鎖式尼龍?jiān)鷰г陔x試管口三分之一處將這兩試管緊緊捆扎在一起，如圖5-b所示。分別連接帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞，并將導(dǎo)管一一通入澄清石灰水中。用鐵夾將兩試管固定在鐵架臺(tái)上，調(diào)節(jié)好高度，往下面的試管底部加入一定量的碳酸鈉固體，往上面的試管底部加入一定量的碳酸氫鈉固體，如圖5-c所示。先對(duì)盛碳酸鈉固體的試管（下面一個(gè)）底部預(yù)熱后再集中加熱，利用酒精燈的余熱間接加熱盛有碳酸氫鈉固體的試管（上面一個(gè)）底部，加熱1.5min后，從碳酸氫鈉固體導(dǎo)出的那份澄清石灰水開始變渾濁，且2min后渾濁程度明顯增強(qiáng)，而從碳酸鈉固體導(dǎo)出的那份澄清石灰水始終無(wú)明顯變化。兩者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異性明顯，對(duì)比性強(qiáng)，非常具有說服力。

3.2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)儀器取材簡(jiǎn)單，都是實(shí)驗(yàn)室里的常規(guī)儀器，尼龍?jiān)鷰б彩菍W(xué)校電工房或總務(wù)處等部門常年必備物資，無(wú)需特意提前準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，只需一次加熱且實(shí)驗(yàn)時(shí)問短，加熱時(shí)2支試管底部產(chǎn)生的溫差較大，對(duì)比性和實(shí)用性強(qiáng)，成功率高，很適合在課堂上演示或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)，易于推廣。

缺點(diǎn)：把盛有不易分解的碳酸鈉固體的試管放在下面，而把盛有易分解的碳酸氫鈉固體的試管放在上面，這是在碳酸氫鈉比碳酸鈉容易分解的前提下設(shè)計(jì)的，實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)性太強(qiáng)，缺乏探究性。

對(duì)“碳酸鈉、碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性比較實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行再改進(jìn)，不僅增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果，體現(xiàn)了實(shí)用性和簡(jiǎn)便性，有利于一線教師推廣應(yīng)用，而且還能啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。