碳酸钠与碳酸氢钠

碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应实验的再讨论

摘要：关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验的讨论一直受广大教师的关注，同时又是新旧教材

中不可或缺的教学内容之一。在深入分析这一实验的直接目的和间接意义的基础上，结合高中化学新课

程，对已有研究中的反应速率、反应机理、反应热效应和鉴别方法等问题进行进一步的讨论与分析。

关键词：化学反应速率；热效应；鉴别

关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验一直是化学教师探讨和研究的一个重要话题，问题源于人

教版全日制普通高级中学教科书（必修）《化学》第一册32 页的一个实验：在两支试管中分别加入3mL

稀盐酸，将两个装有0.3gNa2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套

在两支试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中，

观察反应现象（图1）[1]

。《化学教育》和《化学教学》也曾

多次刊登相关的研究论文以改进这一实验。由此可见，这一

实验是高中化学教学的焦点问题之一。NaHCO3 Na2CO3

NaHCO3 Na2CO3

稀盐酸

1 已有研究的分析图1 NaHCO3和Na2CO3与盐酸反应实验图

大多数的研究把焦点集中在反应速率上，并建议将固体的用量由“等质量”改为“等物质的量”，将

盐酸的浓度限定在“1mol•L-1以内”。[2][3]同时也有一些研究质疑实验中通过产生气体的量比较化学反应速

率是否科学？一些研究对反应的热效应进行了测定，并提出用其反应的热效应来鉴别Na2CO3和NaHCO3。总

体上来说，目前的研究已经从教材实验的速率问题拓展到了热效应和鉴别问题。普通高中课程标准实验

教科书化学教材中同样涉及Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的实验研究[4][5]，但在实验方案上作了适当的调整，

或开放性地设置实验，以避免上述的质疑。笔者认为，有必要对Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应实验的目的作

进一步的分析，同时澄清热效应及鉴别方法等相关问题。

2 实验目的的解读

2.1 目的之一：比较剧烈程度

从原教材的实验结论“NaHCO3和Na2CO3都能与稀盐酸反应，但NaHCO3与稀盐酸的反应要比Na2CO3与稀

盐酸的反应剧烈得多”[6]可以看出，这一实验的直接目的是为了比较反应的剧烈程度，即比较反应速率。

对于不同种物质与某一特定物质反应的速率研究一般以等时间、同浓度为前提，以同一反应物的消

耗速率或同一生成物的生成速率进行比较。但对于不同的反应，其反应速率的比较是十分复杂的，它不

仅与反应物的浓度和反应时间有关，还与化学反应的机理密切相关。因此，许多教材中指出“比较CO2气

体放出的快慢”，而非“比较反应快慢”，更不会是“比较反应速率”，同时限定了反应物的用量，即NaHCO3

和Na2CO3为等物质的量，盐酸需适量。如苏教版化学 2 中设置的实验方案是：“取两支试管，分别加入5mL

0.1mol•L-1Na2CO3溶液、NaHCO3溶液，再各加入3mL 0.1mol•L-1盐酸。观察并比较两个反应中CO2气体放出

的快慢。”[7]这一实验方案有效地控制了Na2CO3、NaHCO3的用量以及盐酸的用量和浓度，同时也避免了使

用“比较反应速率”这一欠妥的说法。

2.2 目的之二：探索反应规律

笔者认为，Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应的实验目的绝非仅仅只是研究产生CO2的快慢，否则就没有必

要对实验中稀盐酸的用量进行严格的限制。它至少还隐藏着对化学反应规律的探索：Na2CO3+2HCl=

12NaCl+H2O+CO2↑，当盐酸的量不足时，产生的CO2与剩余的Na2CO3反应生成NaHCO3，Na2CO3+H2O+ CO2

=2NaHCO3，综合上述两个反应即得到Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3，离子方程式为CO3 2-+H+

=HCO3

-

，即在加入少

量盐酸的时候，Na2CO3不能释放出CO2。

n

m

m

通过反应规律的探索，可以得出结论：CO3

2-与盐酸的反应本质是CO3

2-分两步得到H+

逐步转变成HCO3

-

、

CO2；但HCO3

-

只要接受H+

立即就会产生CO2。

2.3 目的之三：寻找实践依据

笔者认为，研究Na2CO3和NaHCO3与盐酸反应还有助于学生理解灭火器的制作原理，通过比较

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑与NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑这两个反应可以发现：为了得到等量的CO2，

消耗盐酸的量是不同的，即(HCl•Na2CO3): n(HCl•NaHCO3)=2:1；消耗Na2CO3和NaHCO3固体的质量也是不

同的，即(Na2CO3):m(NaHCO3) =106:84=53:42。因此，在制作酸碱灭火器时使用的药品是NaHCO3而不是

Na2CO3，即利用的是NaHCO3+ HCl=NaCl+H2O+CO2↑这一反应，这样有效地减轻了灭火器自身的重量。这可

能也是人教版全日制普通高级中学教科书（必修）《化学》第一册中将固体的用量设置为等质量的原因之

一。

3 相关问题的讨论

3.1 热效应问题：溶解过程的热效应是主导因素

根据公式△rHm

=∑v △H B f

(B)和下列数据（表1）[8]可以进行有关热效应的计算（表2）。

表1 某些物质的标准摩尔生成焓（单位：kJ•mol-1）

物质H2O(l) CO2(g) Na2CO3(s) NaHCO3(s) Na+

(aq) CO3

2-(aq) HCO3

-

(aq) H

+

(aq)

△fHm

-285.830 -393.509 -950.81 -1130.68 -240.12 -677.14 -691.99 0

表2 Na2CO3和NaHCO3的溶解热效应及与盐酸反应的热效应（单位：kJ•mol-1）

有关Na2CO3的过程△rHm

有关NaHCO3的过程△rHm

差异绝对值

溶解：Na2CO3=2Na+

+CO3

2-

-26.7 溶解：NaHCO3=Na+

+HCO3

-

18.7 45.4

反应：CO3

2-+2H+

=H2O+CO2↑- 2.199 反应：HCO3

-