Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸反應實驗裝置的新設計

摘要： 針對教材中Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸的反應裝置的不足之處，利用一次性注射器、具支試管、小氣球等對實驗裝置進行了改進。新設計的實驗裝置簡約，易于安裝，可操作性強，完善了實驗方法，解決了原實驗存在的一些問題，有助于提高教學質量。

關鍵詞： Na2CO3； NaHCO3； 鹽酸； 實驗裝置改進； 實驗探究

文章編號： 1005-6629（2024）06-0074-03 中圖分類號： G633．8 文獻標識碼： B

1 問題提出

Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸的反應實驗是高中化學教材［1］中一個經典實驗（如圖1所示）。其實驗方法是：“在兩支試管中分別加入3mL稀鹽酸，將兩個各裝入0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口上，并將氣球內的Na2CO3和NaHCO3同時倒入試管中，觀察反應現象。”雖然該實驗取材容易、操作簡單，但也存在不足之處，具體是：操作時氣球內的藥品不易全部且同時倒入兩支試管內，從而造成實驗誤差。

2 相關研究成果簡介

查閱有關資料發現，期刊上發表有關Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸的反應實驗改進文章多篇，這些成果具有一定的促進和推動作用，但也存在不足，大多數實驗方法較為復雜，給操作者帶來了不便［2］。也有一些實驗方法［3］雖然簡單，但不能同時進行碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應，不利于比較兩個反應的速率，此外，生成氣體所產生的壓強容易頂出膠塞，使實驗失敗。由此可見，對該實驗仍有必要做進一步的研究工作。

為此，我們打破傳統實驗方法，利用小氣球、具支試管、一次性注射器、橡膠塞等器材對該實驗裝置進行改進，使存在的問題迎刃而解，收到了較好的教學效果。

3 設計理念

教材設置該實驗的目的不外乎有兩個：一是證明碳酸鈉、碳酸氫鈉都能和鹽酸反應；二是比較碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的速率。故設計實驗時，必須注意以下幾點：一是碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應必須是在透明的玻璃容器內進行，便于觀察反應的發生；二是碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應需要同時進行，有利于比較反應速率的大小；三是反應裝置是全封閉的，防止產生的氣體甚至酸液外逸，造成實驗失敗；四是碳酸鈉、碳酸氫鈉的用量要少，有利于兩者迅速、完全地與鹽酸發生反應；五是盡可能使實驗裝置簡單、合理，操作方便、易于觀察。

4 設計方案

根據上述設計理念具體改進方案如下：（1）Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸的反應放在透明的玻璃具支試管內進行，以便于學生觀察；（2）在兩支具支試管內分別盛放碳酸鈉、碳酸氫鈉粉末各0.3g；（3）將兩支一次性注射器用無色透明膠帶捆綁在一起；（4）在兩支一次性注射內分別吸入5mL稀鹽酸；（5）用無色透明膠帶將兩支具支試管捆綁在一起；（6）用橡膠塞將一次性注射器和具支試管連接成一體；（7）在兩支具支試管的支管上用細線分別扎上大小相同、壁厚相同、彈性相同的兩只小氣球（一只為紅色，另一只為藍色）。組裝后使整個裝置形成一個全封閉系統，以防止產生的氣體外逸，造成實驗失敗。

5 實驗原理

6 實驗過程

6.1 實驗材料

一次性注射器（20mL）2支；針頭2個；具支試管（3×20cm）2支；4號橡膠塞2個；紅色、藍色小氣球各1只；細線、無色透明膠帶若干Na2CO3粉末；NaHCO3粉末；稀鹽酸（2mol/L）

6.2 實驗準備

（1） 一次性注射器的捆綁：

首先，取一支一次性注射器，在其上下方用膠帶纏繞，纏繞厚度要求與筒柄最寬處持平（如圖2所示）。同樣，將另一支一次性注射器也纏繞上膠帶。

再將兩支纏繞膠帶的一次性注射器的筒柄最寬處相互緊緊靠在一起。然后，再將兩支纏繞膠帶的一次性注射器用膠帶纏繞在一起（如圖3所示）。

（2） 取兩支具支試管，使它們的支管朝外，用膠帶上下將兩者緊緊捆綁在一起（如圖4所示）。

（3） 在具支試管的支管上分別用細線系上紅、藍色小氣球。

（4） 在兩支具支試管試管口分別塞上橡膠塞。

（5） 將兩支一次性注射器的針頭分別穿透橡膠塞的中心。

6.3 實驗裝置

實驗裝置如圖5所示。

6.4 操作方法

（1） 按照實驗裝置圖將藥品填裝好、儀器組裝好。

（2） 左手握住兩注射器的針筒部位，右手食指輕輕平放在兩栓柄上，然后同時垂直下壓兩個栓柄（如圖6所示），使注射栓同時下降，兩個注射器內的稀鹽酸同時注入兩支具支試管內，反應立即進行。可觀察到NaHCO3粉末與稀鹽酸反應劇烈，紅色小氣球迅速鼓起；而Na2CO3粉末與稀鹽酸反應相對平靜，藍色小氣球鼓起速度較為緩慢。由此說明，Na2CO3、 NaHCO3均與稀鹽酸反應，但NaHCO3與鹽酸反應更加劇烈。

（3） 實驗完畢后將具支試管內的廢物倒在指定的容器內，將實驗儀器刷洗干凈，放置備用。

7 相關說明

（1） 改進后的實驗方法操作簡單，現象明顯，使用后的實驗裝置，可以長期保存在實驗室，實驗裝置可反復使用。

（2） 用無色透明膠帶捆綁一次性注射器或具支試管，要求捆綁完后不影響實驗現象的觀察。

（3） 整個實驗裝置要求密封，橡膠塞塞緊、氣球扎緊，保證實驗過程裝置不漏氣。

（4） 實驗材料無論是一次性注射器、小氣球還是具支試管等，都可在淘寶網上購買。

8 結語

Na2CO3、 NaHCO3與稀鹽酸的反應實驗是高中化學教材中的一個重點實驗。通過對該實驗的改進和再設計，進一步優化了實驗方法，使實驗裝置更加簡單化和合理化，有利于提升實驗的教學效果和提高課堂教學質量。

參考文獻：

［1］人民教育出版社化學室編著. 全日制普通高級中學教科書（必修）·化學（第一冊）［M］. 北京： 人民教育出版社， 2003： 32.

［2］伍強， 方瑞光. 碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應的創新設計［J］. 化學教學， 2016， （8）： 65～67.

［3］姚亮發， 林師龍， 鄭柳平. 碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應速率比較創新實驗［J］. 實驗教學與儀器， 2019， （5）： 36～37.