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关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究

2017-09-20 5页 doc 79KB 49阅读

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关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究 人教版高中化学必修教材[1]第一册32页有这样一个实验:在两只试管中分别加入3mL稀盐酸,将两个各装有0.3gNa2CO3和NaHCO3粉末的小气球分别套在两只试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中,比较它们放出CO2的快慢。由此实验得出的结论是:Na2CO3和NaHCO3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。笔者认为该实验存在如下问题: 1 对这个实验的质疑 1.1 教材中没有指明稀盐酸的具体浓度 只要是稀盐...
关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究
关于碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的实验研究 人教版高中化学必修教材[1]第一册32页有这样一个实验:在两只试管中分别加入3mL稀盐酸,将两个各装有0.3gNa2CO3和NaHCO3粉末的小气球分别套在两只试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中,比较它们放出CO2的快慢。由此实验得出的结论是:Na2CO3和NaHCO3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。笔者认为该实验存在如下问: 1 对这个实验的质疑 1.1 教材中没有指明稀盐酸的具体浓度 只要是稀盐酸就可以吗,浓度小于等于6mol/L的盐酸都是稀盐酸,笔者将6mol/L的稀盐酸同时加入Na2CO3和NaHCO3固体中,反应现象同样的剧烈,根本分辨不出Na2CO3和NaHCO3。笔者通过大量的实验证明只有浓度小于1mol/L的稀盐酸跟Na2CO3和NaHCO3反应才能根据反应的剧烈程度区分Na2CO3和NaHCO3。鲁科版化学新教材中把这个实验中盐酸的浓度定为0.5mol/L,应该也是基于这方面的考虑。 1.2 用等质量的Na2CO3、NaHCO3与等量盐酸反应比较速率科学吗, 化学反应速率的快慢不仅取决于物质的性质,还与反应物的浓度有关。0.3g Na2CO3的物质的量为0.0028mol,0.3g NaHCO3的物质的量为0.0036mol,加入3mL稀盐酸后,如果不考虑溶液体积变化,Na2CO3的物质的量浓度为0.93mol/L,NaHCO3的物质的量浓度为1.2mol/L,由此NaHCO3与等量盐酸反应来比较反应速率是不科学的。 1.3 通过产生气体的量比较反应速率科学吗, 根据化学反应方程式,盐酸浓度为1mol/L(该浓度可以根据与盐酸的反应现象区分出碳酸钠和碳酸氢钠)时: 上述两个反应盐酸的量都是不足的,产生气体的量应该由盐酸的量来计算,而盐酸的量是相同的,因此在不考虑误差的情况下,气球胀得应该是一样大的。若盐酸是足量的,NaHCO3比Na2CO3产生的CO2气体多,是因为等质量的Na2CO3物质的量比NaHCO3物质的量小,跟反应速率是没有关系的,所以用产生气体的量来比较反应速率也是不科学的。 2 Na2CO3和NaHCO3与20mL 6mol,L盐酸反应热效应的定量测定 在实验过程中发现,Na2CO3和NaHCO3与稀盐酸反应的热效应是明显不同的,Na2CO3与稀盐酸反应有明显的放热现象,而NaHCO3与稀盐酸反应有明显的吸热现象,关于这一点有关资料也提到了,但是未见有对其热效应进行系统定量研究的。笔者设计了如下实验,用定量研究的方法来证明二者与稀盐酸反应的热效应不同:分别取两只试管,加入等质量的Na2CO3和NaHCO3固体,通过滴液漏斗以相同的速率滴加20mL 6mol/L盐酸,由温度计的温度变化比较二者热效应的不同。实验装置如下: 实验结果见表1: 表1 相同质量的Na2CO3、NaHCO3与20mL 6mol/L 盐酸反应的温度变化(室温15?) 反应前 反应后 反应前 反应后 质量 温度变化 质量 温度变化 温度 温度 温度 温度 1g 15? 19? 升4? 1g 15? 13? 降2? 2g 15? 24? 升9? 2g 15? 11? 降4? 3g 15? 29? 升14? 3g 15? 8? 降7? 4g 15? 34? 升19? 4g 15? 6.5? 降8? 5g 15? 37? 升22? 5g 15? 5? 降10? 6g 15? 39? 升24? 6g 15? 3.5? 降11.5? (20mL6mol/L 盐酸与6gNa2CO3 、NaHCO3、应都是足量) 通过实验结果我们可以看出,随着反应物质量的逐渐增加,反应后溶液的温度变化逐渐明显;这能不能就说明Na2CO3与稀盐酸反应是一个放热过程,而NaHCO3与稀盐酸反应就是一个吸热过程呢,有没有可能是固体溶于水的热效应呢,于是又做了如下对照实验:分别将同样质量的Na2CO3 、NaHCO3固体溶于20mL的水中,测量溶液的温度变化,实验结果见表2: 表2 相同质量Na2CO3 、NaHCO3溶于水的温度变化 NaHCO3 Na2CO3 反应前 反应后 反应前 反应后 质量 温度变化 质量 温度变化 温度 温度 温度 温度 1g 15? 16.5? 升1.5? 1g 15? 13.5? 降1.5? 2g 15? 18.5? 升9? 2g 15? 11.5? 降2? 3g 15? 29? 升6? 3g 15? 11.5? 降3.5? 4g 15? 34? 升8.5? 4g 15? 11.5? 降3.5? 5g 15? 37? 升11? 5g 15? 11.5? 降3.5? 6g 15? 39? 升13.5? 6g 15? 11.5? 降3.5? (注:20?时,NaHCO3的溶解度为9.6g/100g水,随着温度的降低NaHCO3的溶解度逐渐减小,故15?时,3g NaHCO3溶于20mL水后即形成了饱和溶液,再增加NaHCO3的质量,溶液温度不再变化) 通过以上结果可以看出,Na2CO3溶于水伴有一定的放热现象,NaHCO3溶于水伴有一定的吸热现象,因为Na2CO3中的碳酸根离子为价阴离子,溶解时水合热较大,对外表现放热,NaHCO3的晶体中碳酸氢跟与氢键相连,在溶解的过程中需要吸收一定的热量来破坏氢键,碳酸氢跟水解也吸收一定的热量,所以对外表现为吸热,但是对比两组实验的数据,我们可以看到Na2CO3跟稀盐酸反应也是放热反应;而NaHCO3跟稀盐酸反应以后,溶液的降温幅度比溶于水后的降温幅度更大,NaHCO3跟稀盐酸反应是吸热反应。我们可以从这两个反应的摩尔反应焓变找到原因: ? ? 表3 几种物质标准状况下的生成焓(数据来源于[2]) 物质 0 根据公式: 反应? 反应? (,此反应为吸热反应。) 3 鉴别Na2CO3和NaHCO3的方法 基于以上的实验及,笔者提出了鉴别Na2CO3和NaHCO3的方法:在两只小烧杯中,各加入9mL 6mol/L盐酸,分别向其中加入3g Na2CO3、NaHCO3固体,迅速将小烧杯放在事先已经滴有6滴水的玻璃片上,随着反应的进行,由于NaHCO3与稀盐酸反应吸收热量而使玻璃片上的水结冰,从而将玻璃片与小烧杯粘在一起,Na2CO3与稀盐酸反应则使烧杯发烫。(实验时的室温为23?)
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