碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)條件優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的條件優(yōu)化設(shè)計(jì)初中九年級(jí)化學(xué)新教材（下冊(cè)）第一單元鹽 化肥中對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)進(jìn)行 了科學(xué)探究，即碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與稀鹽酸反應(yīng)，科學(xué)探究的目的是通過(guò)此反應(yīng)加深學(xué)生 對(duì)日常生活中常見(jiàn)鹽的認(rèn)識(shí)。為了進(jìn)一步讓學(xué)生能夠區(qū)分碳酸鈉、 碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)的差 異，為高中的學(xué)習(xí)做好鋪墊。筆者沿用了人教版普通高級(jí)中學(xué)教科書（試驗(yàn)修訂本必修）化學(xué)第一冊(cè)實(shí)驗(yàn)2- 7碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)： 用等質(zhì)量（0.3g）的碳酸鈉和碳 酸氫鈉與2mL的稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)。通過(guò)氣球膨脹快慢和大小來(lái)比較兩個(gè)反應(yīng)的劇烈程度。但 是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，這個(gè)實(shí)驗(yàn)存在以下

2、幾點(diǎn)不足： 沒(méi)有指明鹽酸的具體濃度。并不是所有濃度的稀鹽酸都能比較出兩個(gè)反應(yīng)的劇烈程度的。 筆者經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)鹽酸的濃度超過(guò) 1.8mol /L時(shí)，二者反應(yīng)同樣劇烈，無(wú)法比較。 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。并不能很明顯地觀察到氣球膨脹的快慢。 用氣球膨脹的大小來(lái)比較二者的反應(yīng)速率是不科學(xué)的。氣球膨脹后體積不同而產(chǎn)生的壓 力也不一樣，對(duì)反應(yīng)速率有影響，效果不是很好。 反應(yīng)不同步。采用的氣球較軟，一個(gè)人同時(shí)操作較困難，固體粉末難以完全倒入試管中。為了解決以上不足，筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究和處理多因素試驗(yàn)的一種科學(xué)方法，它利用一套現(xiàn)存的規(guī)格化的表來(lái)安排試驗(yàn)

3、， 通過(guò)少量的試驗(yàn)，分析試驗(yàn)結(jié)果，尋求最佳的實(shí)驗(yàn)條件。在此，筆者采用了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì) 本反應(yīng)中碳酸鈉和碳酸氫鈉的用量、 稀鹽酸的濃度這兩個(gè)主要因素進(jìn)行了試驗(yàn)，確定了最佳的實(shí)驗(yàn)條件，并取得了較好的效果。1、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑（見(jiàn)表1）表1儀器名稱數(shù)量試劑名稱濃度三叉管2支碳酸鈉固體錐形瓶2個(gè)碳酸氫鈉固體導(dǎo)氣管若干稀鹽酸0.5mol/L、1mol/L、2mol/L托盤天平1臺(tái)水2、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置：如圖1所示3、操作步驟：（1）安排試驗(yàn)方案，選定在碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)中，對(duì)兩者速率影響最大的碳酸鈉和碳酸氫鈉的用量、稀鹽酸的濃度這兩個(gè)主要因素進(jìn)行試驗(yàn)，選擇5（h）正交表，繪制因素水平表（見(jiàn)表2）表

4、2因素水平表因 素固體質(zhì)量/g稀鹽酸濃度/mol/L10.10.520.2130.32（2）如圖1所示，安裝兩套相同裝置，其中一個(gè)支管中裝入碳酸鈉粉末，另一個(gè)裝入鹽酸溶液；另一套支管中裝入相同質(zhì)量的碳酸氫鈉與相同體積、相同濃度的鹽酸溶液。（3） 兩套裝置放在同一高度水平面，左、右手同時(shí)傾斜兩支管，讓鹽酸分別與碳酸鈉、碳酸氫鈉同時(shí)反應(yīng)。按上述裝置根據(jù)試驗(yàn)方案選擇的正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可比較水柱射出距離的遠(yuǎn)近，反應(yīng)結(jié)束后，錐形瓶水面的高低，從而確定實(shí)驗(yàn)的最佳條件。4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其結(jié)果的直觀分析（見(jiàn)表 3）表3實(shí)驗(yàn)方案及其結(jié)果的直觀分析因素固體質(zhì)量/g稀鹽酸濃度/mol/L實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)1110實(shí)驗(yàn)212

5、80實(shí)驗(yàn)31375實(shí)驗(yàn)4210實(shí)驗(yàn)52295實(shí)驗(yàn)62360實(shí)驗(yàn)7310實(shí)驗(yàn)83298實(shí)驗(yàn)9330均值151.6670.000均值251.66791.000均值332.66745.000極差19.00091.000從表3中的數(shù)據(jù)可以看出，稀鹽酸的濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響最大，9次試驗(yàn)中，最佳實(shí)驗(yàn)條件組合為碳酸鈉和碳酸氫鈉的用量為 0.1g或0.2g，稀鹽酸的濃度為1mol/L，在此條件下試驗(yàn)可以看到：裝有碳酸氫鈉的裝置有水柱射出且距離較遠(yuǎn)，而裝有碳酸鈉的裝置沒(méi)有水柱射出， 且反應(yīng)結(jié)束后，錐形瓶的液面前者明顯低于后者。可見(jiàn)，經(jīng)這樣改進(jìn)后，現(xiàn)象明顯，趣味性大。5、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn) 操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，對(duì)比性

6、強(qiáng)，同時(shí)也增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。 為科學(xué)探究碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)速率快慢比較提供了強(qiáng)有力的實(shí)驗(yàn)保證，并得出了最佳的實(shí)驗(yàn)條件。6注意事項(xiàng) 要準(zhǔn)確稱量 N&C03和N a HC03的質(zhì)量。 鹽酸濃度應(yīng)在 0.7mo l/L 1.3mol /L ， 1mo I/L最佳。小于 0 7mo I/L，反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)， 現(xiàn)象不明顯；大于1.3mol /L，反應(yīng)劇烈，無(wú)法比較。7、裝置推廣此實(shí)驗(yàn)裝置還可以推廣到其他產(chǎn)生氣體的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中。例如：可以做H2O2在有無(wú)MnO2催化劑的條件下產(chǎn)生 02的對(duì)比實(shí)驗(yàn)；不同金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的快慢對(duì)比；不同濃度的酸與 碳酸鹽反應(yīng)產(chǎn)生 C02對(duì)比等等。參考文獻(xiàn)1譚文生.鹽酸與碳酸鈉、碳酸氫鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)J.教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2006( 7) :