碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验改进的条件优化设计

1、碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应实验改进的条件优化设计 初中九年级化学新教材(下册)第十一单元盐 化肥中对碳酸钠和碳酸氢钠的性质进行了科学探究, 即碳酸钠、碳酸氢钠分别与稀盐酸反应，科学探究的目的是通过此反应加深学生对日常生活中常见盐的认识。为了进一步让学生能够区分碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应的差异，为高中的学习做好铺垫。笔者沿用了人教版普通高级中学教科书 (试验修订本必修) 化学第一册 实验 2- 7碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应的对比实验：用等质量( 0.3g)的碳酸钠和碳酸氢钠与 2mL的稀盐酸发生反应。通过气球膨胀快慢和大小来比较两个反应的剧烈程度。但是通过大量的实验，笔者认为，这个实验存在

2、以下几点不足： 没有指明盐酸的具体浓度。并不是所有浓度的稀盐酸都能比较出两个反应的剧烈程度的。笔者经过大量的实验证明：当盐酸的浓度超过1.8mol /L时，二者反应同样剧烈，无法比较。 实验现象不明显。并不能很明显地观察到气球膨胀的快慢。 用气球膨胀的大小来比较二者的反应速率是不科学的。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。 反应不同步。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。为了解决以上不足，笔者对此实验装置进行了改进并对实验条件进行了优化设计。正交试验设计是研究和处理多因素试验的一种科学方法，它利用一套现存的规格化的表来安排试验，

3、通过少量的试验，分析试验结果，寻求最佳的实验条件。在此，笔者采用了正交试验设计法对本反应中碳酸钠和碳酸氢钠的用量、稀盐酸的浓度这两个主要因素进行了试验，确定了最佳的实验条件，并取得了较好的效果。1、 实验仪器与试剂(见表1) 表1仪器名称数量试剂名称浓度三叉管2支碳酸钠固体锥形瓶2个碳酸氢钠固体导气管若干稀盐酸0.5mol/L、1mol/L、2mol/L托盘天平1台水2、实验改进装置：如图 1所示3、操作步骤: （1）安排试验方案，选定在碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应中，对两者速率影响最大的碳酸钠和碳酸氢钠的用量、稀盐酸的浓度这两个主要因素进行试验，选择正交表，绘制因素水平表（见表2） 表2 因

4、素水平表 因 素 固体质量/g 稀盐酸浓度/mol/L 10.10.5 20.21 30.32（2）如图 1所示，安装两套相同装置，其中一个支管中装入碳酸钠粉末，另一个装入盐酸溶液；另一套支管中装入相同质量的碳酸氢钠与相同体积、相同浓度的盐酸溶液。（3）两套装置放在同一高度水平面，左、右手同时倾斜两支管 ，让盐酸分别与碳酸钠、 碳酸氢钠同时反应。按上述装置根据试验方案选择的正交表进行实验，可比较水柱射出距离的远近，反应结束后，锥形瓶水面的高低，从而确定实验的最佳条件。4、实验数据及其结果的直观分析（见表3） 表3 实验方案及其结果的直观分析 因 素 固体质量/g 稀盐酸浓度/mol/L 实验结

5、果 实验1110实验21280实验3 1375 实验4 210实验52295实验62360实验7310实验8 3298实验9 330均值151.6670.000均值251.66791.000均值332.66745.000极差19.00091.000 从表3中的数据可以看出，稀盐酸的浓度对实验的影响最大，9次试验中，最佳实验条件组合为碳酸钠和碳酸氢钠的用量为0.1g或0.2g，稀盐酸的浓度为1mol/L，在此条件下试验可以看到：装有碳酸氢钠的装置有水柱射出且距离较远，而装有碳酸钠的装置没有水柱射出，且反应结束后，锥形瓶的液面前者明显低于后者。可见，经这样改进后，现象明显，趣味性大。5、改进后的优

6、点 操作简单，实验现象明显，对比性强，同时也增加了实验的趣味性。 为科学探究碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应速率快慢比较提供了强有力的实验保证，并得出了最佳的实验条件。 6、注意事项 要准确称量 Na2CO3和 N a HCO3的质量。 盐酸浓度应在 0.7mo l/L 1.3mol /L ，1mo l/L最佳。小于 07mo l/L，反应时间过长，现象不明显；大于 1.3mol /L ，反应剧烈，无法比较。7、装置推广 此实验装置还可以推广到其他产生气体的对比实验中。例如：可以做H2O2在有无 MnO2催化剂的条件下产生 O2的对比实验；不同金属与酸反应产生氢气的快慢对比；不同浓度的酸与碳酸盐反应产生 CO2对比等等。参考文献1 谭文生. 盐酸与碳酸钠、 碳酸氢钠反应实验的改进 J . 教学仪器与实验, 2006( 7) : 292 张秋彦.