碳酸钠与碳酸氢钠和稀盐酸反应实验的改进

大学实验报告

学生姓名学号

专业年级、班级

实验项目碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验的改进

合作组员

实验类型□验证□设计□综合实验时间2012 年4 月24 日

实验指导老师实验评分

【探究问题的提出】

在区分碳酸钠（Na2CO3）和碳酸氢钠（NaHCO3）的实验中，一般设计为以下实验：往两支试管中分别加入3mL稀盐酸，将两个各装有0.3g Na2CO3和NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管的管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒进试管中，比较它们放出CO2的快慢、多少和剧烈程度。由此实验得出的结论是：Na2CO3和NaHCO3都能与稀盐酸反应，且NaHCO3与稀盐酸的反应比Na2CO3的剧烈得多。

得出这样的结论，是因为NaHCO3与稀盐酸反应放出的气体把气球充得比Na2CO3的更大，以此来区分碳酸氢钠和碳酸钠，但改实验操作起来会有很多问题：

（1）稀盐酸浓度不明确，在实验的过程中不好把握。稀盐酸浓度小于6mol/L，就算是2mol/L的稀盐酸同时加入NaHCO3和Na2CO3固体中，反应现象都是同样的剧烈，基本分辨不出NaHCO3和Na2CO3。只有浓度小于1mol/L的稀盐酸与碳酸钠和碳酸氢钠反应才能从反应的剧烈程度区分开来。

（2）反应的剧烈程度及产生气体的量，都用人眼判断，容易产生误差。0.3g NaHCO3比0.3g Na2CO3与足量的稀盐酸产生的气体量多1/4，所以即使Na2CO3和NaHCO3与盐酸的反应速度一样，也是观察到NaHCO3与盐酸的反应剧烈一些，这是定性实验的缺点。

（3）将气球简单套在试管口，气密性差，气球胀大的同时容易脱落。而且在加入碳酸钠和碳酸氢钠时，部分粉末粘附在气球里和试管壁上而导致实验的失败。

（4）实验中,采用的气球较软,一个人同时操作较困难,固体粉末难以完全倒入试管中，且气球膨胀后体积不同而产生的压力也不一样,对反应速率有影响,效果不是很好。

（5）称取等质量碳酸钠和碳酸氢钠但是两个的物质的量不同。物质的量大，得到的溶液浓度也大，速率也大。因此,研究的浓度不能相等，实验就没有可比性。

【文献资料综述】

对于比较NaHCO3、Na2CO3与酸反应速度的演示实验，现行的教材和参考书中一般两种方法，其一：用等物质的量的NaHCO3、Na2CO3分别与稀盐

酸同时反应，比较在相等的时间内被反应产物CO2所填充气球体积的大小；其二，使相同物质的量的NaHCO3和Na2CO3分别与稀盐酸同时进行反应，通过比较两反应产生CO2气泡的多少进行判断。后者经过多次实验后，发现被填充气球的大小、所产生气泡的多少只能作定性观察，而难以定量测量，并且NaHCO3、Na2CO3与稀盐酸反应速度都很快，难以进行准确的判断，而且坐后排的学生也无法观察清楚，因而演示的效果不太理想。事实上，NaHCO3与盐酸反应的速度要比Na2CO3与盐酸反应的速度快。为了能得出这一正确结论，获得较好的演示效果，我们可采用以下方法对该实验进行改进。

【实验设计思路】

根据液体静力学原理，当Ua和Ub的一臂与大气相通时，两液面差分别与a、b中气体的压强成正比关系。对于我们所做的演示实验来说，a、b中的压强又分别与其中由反应产生的CO2的物质的量成正比。并且当其它条件都相同时，一定时间内在a、b中产生的CO2气体的量，又反映了NaHCO3、Na2CO3与HCl反应的速度快慢。

因此，我们可通过在一定时间内观察到的液面差，对a、b中NaHCO3、Na2CO3与HCl反应速度的快慢进行比较。

还有第二种方法是通过排水法。即保证具支管和导管等仪器的体积想相同，然后利用相同时间内两者与盐酸反应放出的气体把水排进量筒中，读出所收集的水的体积，即可进行比较。由改进后的实验，同学们可以很快得出NaHCO3与HCl的反应速度要比Na2CO3与HCl的反应速度快的结论。

即通过相同时间内产生气体的体积不同来判断两者与稀盐酸反应的速率。【实验设计方案】

1、实验原理：

HCl + Na2CO3 CO2 + H2O + NaCl

HCl + NaHCO3 CO2 + H2O + NaCl

2、实验仪器与试剂：

具支试管2支U形管2个胶头滴管2个

直角玻璃管2个铁架台（铁夹）2个橡胶管若干尺子

碳酸钠碳酸氢钠稀盐酸

3、实验装置图

装置1装置2

4、实验操作步骤

(1)取两支具支试管a、b，在a、b中各加入0.42gNaHCO3和0．53gNa2CO3粉末后，分别固定于铁架台的左右两边。两种物质的量都约为0.005mol。(2)在两支滴管中各吸人等体积(2ml左右)0.8mol／L的稀HCl,然后把它们分别塞进两个大小适宜的橡皮塞中，再用橡皮塞塞紧a、b管口。

(3)在a、b支管处分别接U形管Ua和Ub。Ua、Ub的另一臂与大气相通。采用滴加了红墨水的适量的饱和NaHC03溶液作指示液。实验前Ua和Ub中两臂液面分别平齐，高度相等。（如图）

(4)同时挤捏滴管的胶头，使HCl分别同时进入a、b中进行反应。提醒学生注意观察反应到30秒左右时，Ua和Ub中指示液液面变化的情况。用尺子量度Ua 和Ub两臂液面的高度差。

【实验过程记录】

1、实验探究过程

本次实验我们组进行了多次探究。

一开始我们是以第一种改进为实验方法：即装置1，在碳酸钠和碳酸氢钠的物质的量相同时，滴入过量的稀盐酸，仅通过U型管两边液面的高度差来判断速率。但是没有对实验进行正确的估算，在实验过程中发现碳酸氢钠与稀盐酸的反应过于迅速而无法准确用笔在U型管上几时划出液面变化。第一次实验还出现反应过于迅速使得气体冲力较大，使得U型管右端的水直接冲出U型管。

对于上面的反应我们首先猜测是由于稀盐酸的浓度过大而导致反应速度过快。因此我们又配置了较低浓度的稀盐酸，但实验依然不成功。

最后我们改用排水法，如装置图2，用量筒在U型管右端接收排出的水的体积来判断。而稀盐酸的浓度还是用的0.5mol/L。同时我们借用高科技-拍视频的方法来记录下随着时间变化，排出水的体积的变化，并作出试验曲线。这次我们实验成功了，在重复做了两次实验后，我们得出了下面的比较有说服力的结果。

2、实验结果记录

时间NaHCO3 Na2CO3