“多、快、好、省”的实验展台——Na2CO3与NaHCO3和酸反应的半定量对比实验的展台设计

廖开胜 殷菊香 张平

“多、快、好、省”的实验展台
——Na2CO3与NaHCO3和酸反应的半定量对比实验的展台设计

廖开胜1殷菊香1张平2

（1江苏省丹阳高级中学江苏丹阳212300；2安徽省金寨一中安徽金寨237364）

实验是高中化学教学的重要手段。如何将教材中实验简单、快捷、形象生动甚至半定量的呈现在课堂上,提高课堂的有效性,这一直我们一线教师研究课堂的一个追求。“多、快、好、省”的演示平台正是我们的一个研究成果。

此演示台主要用于比较有气体生成反应的快慢及反应的半定量研究,通过控制药品加入量来观察实验不同现象,让学生能看到多步反应的进程,进而提出问题,讨论解决问题。在此实验的展示中能激发学生学习积极性,主动地参与到课堂教学中来。

下面我们将以Na2CO3与NaHCO3和盐酸反应的对比试验为例来展示本演示台优异教学功能。

一、展台介绍

1.展台的设计目标

对比研究碳酸钠、碳酸氢钠与酸反应。

(1)把不可观测的反应速率的快慢巧妙地转换成水柱的分步上升情况,体验、观察现象、探索分析、对Na2CO3与NaHCO3和酸反应原理提出假设。

(2)通过对实验现象的探讨和解释,学生得出结论：碳酸钠与酸反应的原理是先生成碳酸氢钠,然后才生成二氧化碳,紧接着设计相关练习,让学生结合刚学的反应原理来解释生活中的一些现象和有关的反应。

(3)加入足量酸后,展台上的两个长滴定管中液面高度大致相同,得出结论：等物质的量的Na2CO3与NaHCO3虽然在生成二氧化碳的速率上不同,但是与足量酸反应后生成的二氧化碳却是相等的,根据的原理是碳元素守恒原理。

(3)强化学生用守恒思想来分析解决问题。

2.特点

(1)绿色化学。所需要药品非常少,一次只需5mL 0.4mol·L-1的溶液,减少了药品的浪费。

(2)实验仪器一体化。展板设计方便携带,方便组装,可重复使用,便于推广。

(3)材料易得。所需材料都是实验室常用仪器。

(4)现象直观、对比性强。通过液面变化观察气体生成的快慢,现象生动直观,有放大效果,对比性强,实验可以随时停留在某个反应阶段,现象持续时间长,给学生足够时间思考,便于学生交流与讨论。易于学生理解。

(5)综合性强。一次实验分批用量,多步反应,多种现象,既可定性也可半定量。

(6)目标多元化。

在知识与技能方面：学生掌握了Na2CO3与NaHCO3和酸反应原理,学会运用原理来解释常见的反应现象。

过程与方法方面：在教学过程中通过有趣的实验,学生亲自参与,在探究的气氛中理解反应的原理。

情感态度价值观方面：让学生体会到科学探究的过程,实验中既有定性,又有定量,培养学生探究合作意识、严谨科学态度。同时在学习中体会到守恒思想的精妙之处。

(7)设计巧妙。长针头插入溶液中,产生的气体可以起着搅拌的作用,反应更加充分均匀。

3.用途

(1)比较有气体生成的反应速率(如Mg、Al与酸的反应,Na2CO3与NaHCO3和酸反应等),半定量研究生成气体多少与反应物量的关系。

(2)研究有气体生成的连续的、多步反应。

二、制作材料

展台(木板、碱式滴定管两支、带支管口的试管两支),带长针管的注射器两支。橡胶软管,250mL试剂瓶,自制玻璃管,半圆形铁扣。

三、制作原理

本套装置设计时,展板上均匀等距的画上刻度,固定好两个相同的碱式滴定管和带支管口的试管,下面试剂瓶中装满饱和NaHCO3溶液,并滴加几滴酚酞。当反应开始时,反应速度快的碳酸氢钠先生成大量气体,产生的气体就把试剂瓶中的液体压到碱式滴定管中,通过观察滴定管中液面上升的快慢和高度来衡量反应的速率及产生气体的多少。

四、实验过程演示及现象（以Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应为例）

Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应原理的半定量研究：

(1)如图所示安装好仪器,在7、8试剂瓶中加入饱和的NaHCO3溶液,然后滴加几滴酚酞,溶液变成红色易于观察液面高度变化,同时也可看出NaHCO3溶液显碱性。

(2)分别在5、6带支管口的试管中加入5mL0.4mol·L-1的Na2CO3、NaHCO3溶液,连接好导管和橡胶塞。

(3)分别用两个注射器吸取相同的稀盐酸,把注射器连接到4、5试管上面,分别请两位学生以相同速度压入相同盐酸,先加1mL,观察两边水柱的变化,发现一边水柱上升,一边不升,然后再加入1mL的盐酸,引导学生观察两边液柱的变化快慢,当第三次加入后发现两边液面上升高度大致相同。最终反应完全后两边液柱高度大致相同。

五、实验的注意事项

1.所取溶液的浓度要一样,且在取样时所取体积应相同。

2.本实验重要影响因素是整个装置的气密性。在实验前应该认真检查装置的气密性。

3.盐酸的浓度不宜过大,否则反应时Na2CO3与酸反应生成NaHCO3的过程太短。

4.药品的加入可以让两名同学以相同速度加入,并随时停止观察现象。

后记：

Na2CO3与NaHCO3是我们生活中常见的物质,也是高中化学中非常重要的两种盐,课堂上能用简单、快捷的对比试验来展示两者之间性质的区别与联系是我们所期望实现的。因此在教学中,我们本着这样的出发点进行探索设计出了此套“多、快、好、省”的Na2CO3与NaHCO3和酸反应的实验演示台。经过教学实践的检验,发现此演示台设计合理,能快速、直观、生动、半定量、简洁的展示Na2CO3与NaHCO3和酸反应的快慢及生成气体体积之间的关系。实验过程简单易操作、课堂效果明显。此外用长针头插入溶液底部,生成的气体可以起到搅拌的作用,让反应更加充分。在以后的教学中我们还会不断的进行改进,同时开发新的应用功能,并不断的进行优化,更好服务于教学。

标记为2的U形管中的pH试纸很快全部变为橘黄色,而1号U形管中的pH试纸逐渐变色,说明温度越高,乙酸分子运动越快,能够很快与试纸反应,而常温下,乙酸分子运动缓慢,分子扩散到试纸的时间长。

7.实验优点

(1)装置新颖,现象明显,时间短,提高学生的兴趣。

(2)涉及到酸与pH试纸的反应,为以后学习酸、碱、盐和pH值打下基础。

(3)实验简单环保,无污染,可循环使用。

8.注意事项

(1)保证U形管的洁净,以免污染pH试纸,造成实验现象误差。

(2)pH试纸变色快,实验操作要迅速。

［1］课程教材研究所.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）［M］.北京：人民教育出版社，2006：49-51

1008-0546（2013）05-093-02

：G633.8

：B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.05.043