孫文平 趙長春

摘要：近年來有關(guān)碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性的實驗設(shè)計既是熱點也是難點。通過對課程標準和教材有關(guān)碳酸鈉和碳酸氫鈉內(nèi)容的描述，筆者發(fā)現(xiàn)應(yīng)該設(shè)計對比實驗來探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性更有利于學(xué)生理解和掌握。但在分析已知的對比實驗的設(shè)計，這些實驗設(shè)計都有存在的問題有待解決。本研究在評析現(xiàn)有實驗方案的基礎(chǔ)上，提出更為科學(xué)的創(chuàng)新實驗設(shè)計，以及設(shè)計對比實驗所依據(jù)的原則，對于碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性性質(zhì)比較的教學(xué)上提供新的思路和方法，讓學(xué)生更加深刻的了解對比實驗的方法，從而提升學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：對比實驗;熱穩(wěn)定性;創(chuàng)新設(shè)計

碳酸鈉和碳酸氫鈉是高中階段兩種重要的有關(guān)鈉的化合物，兩者性質(zhì)上既有相似又有不同，在高考化學(xué)試題中也是作為高頻考點出現(xiàn)。通常大部分教師在碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)的教學(xué)上采用對比法，加深學(xué)生對兩種物質(zhì)在物理或化學(xué)性質(zhì)上的差異和聯(lián)系的理解，收到很好的教學(xué)效果。但是在講解碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性時，很多教師往往通過閱讀教材實驗內(nèi)容，給同學(xué)們描述實驗現(xiàn)象，直接給出實驗結(jié)論，碳酸鈉比碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性更好。還有一些教師帶領(lǐng)學(xué)生做實驗或是演示實驗，但是也容易忽略實驗的嚴謹性和科學(xué)性。本研究正是在此基礎(chǔ)上，在梳理之前的有關(guān)碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性對比實驗的方案，找出存在的問題和不足，依據(jù)設(shè)計對比實驗的基本原則，提出更為科學(xué)的實驗設(shè)計方案，以期在教學(xué)上提供新的思路和方法，讓學(xué)生更加深刻的了解對比實驗的方法，從而提升學(xué)習(xí)效果。

一、新課程標準和教材內(nèi)容的闡述。

1.1新課標要求

依據(jù)普通高中化學(xué)課程標準（2017版）對于碳酸鈉和碳酸氫鈉的知識要求對應(yīng)的是“主題2：常見的無機物及其應(yīng)用，第四個小標題2.4金屬及化合物”，具體內(nèi)容要求：“了解鈉及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用”。^[1]課標在學(xué)習(xí)活動建議上注重碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)比較在實驗及探究活動上聯(lián)系，教學(xué)策略方面，重視開展高水平的實驗探究活動。

1.2教材內(nèi)容展示

依據(jù)人教版普通高中課程標準實驗教科書化學(xué)必修一，有關(guān)碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性相關(guān)實驗探究在第三章金屬及其化合物第二節(jié)幾種重要的金屬化合物第56頁中科學(xué)探索部分。碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)探究第二個問題，碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性探究實驗，實驗裝置如下圖所示：

利用上述裝置分別用碳酸氫鈉和碳酸鈉做實驗，觀察現(xiàn)象。教材實驗是將碳酸氫鈉和碳酸鈉分別加熱在通過玻璃管通入澄清石灰水中，如果澄清石灰水變混濁，則說明產(chǎn)生二氧化碳氣體，進而證明該物質(zhì)熱穩(wěn)定性差。該實驗設(shè)計優(yōu)點實驗現(xiàn)象明顯，裝置簡單，缺點是對比性差，加熱兩次浪費能源，不符合經(jīng)濟環(huán)保的原則。

二、已有對比實驗設(shè)計分析

2.1經(jīng)典套管實驗

整套實驗裝置如圖2-1所示，外層的達試管裝的是碳酸鈉固體，內(nèi)層裝入碳酸氫鈉固體，并在兩套管外分別用玻璃管連裝有澄清石灰水的大試管，加熱。發(fā)現(xiàn)試管1中澄清石灰水變混濁，試管2中澄清石灰水基本無變化，則可證明碳酸氫鈉熱穩(wěn)定較差。

本實驗利用一次實驗即可證明碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性，內(nèi)層試管溫度比外層試管溫度低還分解即證明碳酸鈉熱穩(wěn)定性比碳酸氫鈉好。本實驗優(yōu)點是裝置簡單，現(xiàn)象易于對比，與兩次加熱相比更節(jié)約能源。但是本實驗我們前提預(yù)設(shè)碳酸氫鈉比碳酸鈉更易分解是已知結(jié)論，從探究實驗的角度來看，為什么不把碳酸氫鈉裝在外管，碳酸鈉裝在內(nèi)管？在我們已知結(jié)論再去設(shè)計實驗方案不科學(xué)。如果在做一組對比實驗，就跟之前教材實驗沒有什么差別，反而更麻煩。

2.2長柄V型玻璃管實驗^[2]

實驗裝置如圖2-2所示，將2個長柄V型玻璃管按水平并排緊挨在一起，然后固定到鐵架臺上，將長柄玻璃管的左端略向下傾斜，防止樣品加熱時產(chǎn)生的冷凝水回流炸裂玻璃管。將酒精燈放在固體的正下方，讓酒精燈的外焰同時加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉。觀察石灰水的現(xiàn)象即可判斷兩者的穩(wěn)定性。

2-2長柄V型玻璃管實驗

本實驗的優(yōu)點較之前的設(shè)計方案，集成性更高，裝置更為簡單，利用長柄V型玻璃管這個特殊形制的玻璃儀器使得組裝儀器更為簡單方便，提高實驗教學(xué)的效率。實驗設(shè)計簡單的同時又造成新的問題，本實驗讓酒精燈的外焰同時加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉，使兩者同時受熱，但是在實驗過程中隨空氣流動，酒精燈的外焰不穩(wěn)定，所以兩者受熱環(huán)境還是有所不同。其次，本實驗要保證碳酸鈉和碳酸氫鈉放入玻璃管的位置相同，具體實驗操作難度大，不易控制。

三、創(chuàng)新實驗方案的設(shè)計

3-1創(chuàng)新實驗設(shè)計依據(jù)的原則

（1）要符合化學(xué)實驗設(shè)計方案的基本原則

如遵循科學(xué)性原則、可行性原則、簡約性原則、安全性原則。教材的實驗就沒有很好的注重簡約性原則，兩次實驗加熱浪費能源;套管實驗是已知結(jié)論在設(shè)計方案沒有很好的遵循科學(xué)性原則。

（2）創(chuàng)新實驗的效果要明顯優(yōu)于之前的實驗

創(chuàng)新實驗就是在已知之前實驗的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上加以改進，使實驗方案更為科學(xué)合理，改進已有實驗的缺點或不足，使實驗效果更為明顯。長柄V型玻璃管實驗較套管實驗，對比性更強更為直觀，組裝儀器更為簡單。

（3）創(chuàng)新實驗方案的設(shè)計要以課堂教學(xué)為依托

在設(shè)計創(chuàng)新實驗時要考慮實施具體環(huán)境，以及改進的價值，改進后實用性如何，經(jīng)濟成本和推廣性也需要考慮。本實驗的創(chuàng)新方案要在課堂教學(xué)中加以實施，長柄V型玻璃管的實驗裝置很巧妙，但是在中學(xué)階段，學(xué)校沒有此類儀器，需要額外購置。

3-2具體創(chuàng)新實驗設(shè)計

碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性對比實驗的創(chuàng)新實驗裝置如圖3-1所示，首先取兩個根等長的口徑較粗的玻璃管，用酒精燈外焰將玻璃管一端封閉，另一端適當位置彎成一定弧度（不要角度太小不利于藥品的加入）。從開口的一端分別將碳酸鈉和碳酸氫鈉裝入端口封閉的玻璃管中，通過膠管連接另一的玻璃管通入澄清石灰水中。再將兩個端口封閉的玻璃管放入盛有植物油的大試管中（植物油可以選擇蓖麻油），將實驗裝置按圖安裝好，點燃酒精燈開始實驗。

本實驗的優(yōu)點，第一，相對于套管實驗和長柄V型玻璃管實驗，采用油浴的方法，對碳酸鈉和碳酸氫鈉同時加熱，兩者受熱環(huán)境相同，溫度一致，得出的結(jié)論更有說服力。第二，本實驗一次加熱，節(jié)約能源，符合化學(xué)實驗設(shè)計方案的基本原則。第三，本實驗對比性相較于其它實驗對比性更強，現(xiàn)象更加明顯。第四，開拓學(xué)生視野，豐富學(xué)生的知識體系。本實驗采用油浴的方法而不是學(xué)生們熟悉的水浴加熱的方法，是因為碳酸氫鈉受熱分解溫度較高，普通的水浴加熱無法滿足實驗條件，故采用溫度更高的油浴方法。

通過本創(chuàng)新實驗，加深學(xué)生對于對比性實驗設(shè)計要求的理解，體會化學(xué)實驗的科學(xué)之美，實驗之樂。增強學(xué)生對于教材傳統(tǒng)實驗的探究意識，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，不墨守成規(guī)，敢于質(zhì)疑，提出更為科學(xué)的方案。

四、結(jié)論與展望

在新課程背景下，對我們一線的教研人員提出更高的要求，對于一些傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗或是其改進實驗，需要我們重新審視，提出更為科學(xué)嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計方案。本研究梳理已有的對于碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性對比實驗方案，提出了更為科學(xué)的實驗創(chuàng)新方案，采用油浴法探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性，更好的展現(xiàn)了化學(xué)實驗設(shè)計的科學(xué)性、可行性、簡約性、安全性。限于時間和精力有限，未能將更多的已有的實驗方案列舉出來，本研究僅對比較常見的兩個實驗方案加以論述。在以后的研究中，我們還可以嘗試將計算機互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于本實驗中。比如將傳感器技術(shù)來與碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性對比進行聯(lián)系，將實驗結(jié)果通過數(shù)據(jù)反饋到電腦終端進行數(shù)據(jù)處理，通過數(shù)據(jù)或是圖像定量化的進行研究，以期達到更好的教學(xué)效果。

【本文系黑龍江省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度重點課題《基于化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的高中化學(xué)實驗課堂新模式的探究》階段成果之一，課題立項號：?JJB1318042】

參考文獻：

[1]普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[M]. 北京：人民教育出版社，2018：

[2]陳立銘，李德前.利用長柄V型玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性[J].化學(xué)教育，2014， （21）：56.

[3]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學(xué)1（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007： 56.