殷菊香 李勝榮

摘要：選擇碳酸鈉和碳酸氫鈉鑒別實驗作為教學探索題材。讓學生在比較碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)和組成基礎(chǔ)上確定鑒別依據(jù)，注重可靠性并理解鑒別原理;要求學生設(shè)計盡可能多的可行性鑒別方案，激發(fā)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新熱情和能力;引導學生注重現(xiàn)象的鮮明性，選擇效果較好的鑒別方案;引導學生注重操作的便捷性和可靠性，改進和完善鑒別方案;要求學生完整地表述鑒別方案，明確選擇規(guī)則。對3個有鑒別功能的實驗做詳盡討論，分析優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：鑒別實驗;碳酸鈉和碳酸氫鈉;學生課堂活動;實驗設(shè)計

物質(zhì)鑒別是中學化學中的一項重要內(nèi)容。可是一些學生往往死記硬背鑒別方法，不注重弄清鑒別原理和鑒別方案選擇規(guī)則，學習效果難以達到預期水平，更難以舉一反三實現(xiàn)學習遷移。為改變這種狀況，我們選擇“碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別”[1]作為教學素材，嘗試讓學生通過設(shè)計活動掌握物質(zhì)鑒別方法，取得了令人滿意的教學效果。

為什么選擇碳酸鈉和碳酸氫鈉鑒別實驗作為素材？我們的考慮是：碳酸鈉和碳酸氫鈉的組成和性質(zhì)比較相似，又有多種性質(zhì)差異，但尚缺乏簡單高效的鑒別方法;有關(guān)的參考文獻較少，因而有較強的探究性，其難度比較適合于高中學生，有利于他們明確和掌握鑒別的原理和規(guī)則。

1 教學思路和具體做法

1.1 在比較碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)和組成基礎(chǔ)上確定鑒別依據(jù)，注重可靠性并理解鑒別原理

由于碳酸鈉和碳酸氫鈉的組成和性質(zhì)比較相似，不少學生對它們的鑒別感到困惑。此時可以提示學生：除直接利用它們不同的性質(zhì)進行鑒別之外，還可以通過它們在相同條件下轉(zhuǎn)化成不同的物質(zhì)來進行鑒別。經(jīng)過啟發(fā)之后，多數(shù)學生能夠想到一些方案，例如：鈣離子、鋇離子可以使碳酸鈉和碳酸氫鈉分別轉(zhuǎn)化成溶解度不同的碳酸鹽和碳酸氫鹽。HCO -3在溶液中存在電離平衡和水解平衡（以水解為主，電離為次，溶液呈堿性）：

1.2 要求學生設(shè)計盡可能多的可行性鑒別方案，激發(fā)、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新熱情和能力

在部分學生對這個要求感到困難時，教師可提示：此前大家通常關(guān)注被鑒別物質(zhì)的不同性質(zhì)，現(xiàn)在，由于碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)大致相似（如溶解性、堿性等），在鑒別它們時，還要關(guān)注它們性質(zhì)的差異性。經(jīng)過啟發(fā)，學生不難想到一些鑒別思路，例如：

利用溶解性差異鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉;

利用溶液堿性強弱鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉;

利用與鹽酸反應的快慢鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉;

利用熱穩(wěn)定性大小鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉;

利用與CaCl2溶液或BaCl2溶液的反應現(xiàn)象不同鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉;

利用與CO2氣體反應現(xiàn)象的不同鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉，等等。

1.3 引導學生注重現(xiàn)象的鮮明性，選擇效果較好的鑒別方案

例如，利用溶解性差異（見表1）鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉時，由于20℃以下碳酸根離子會水合、40℃以上水合碳酸根離子會失水;在30℃左右，碳酸鈉溶解度可達到碳酸氫鈉溶解度的4倍左右，在這個溫度下用溶解度鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉時的現(xiàn)象最為明顯。據(jù)此可以具體設(shè)計利用溶解性差異鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的最佳方案。

1.4 引導學生注重操作的便捷性和可靠性，改進和完善鑒別方案

例如，利用溶液堿性強弱鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉。由表2數(shù)據(jù)可見，常溫下0.1mol·L-1碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液的pH相差較大，可以便捷地利用溶液堿性的不同鑒別它們。但是，若用pH試紙測量溶液堿性，較難區(qū)分碳酸鈉和碳酸氫鈉;若改用pH計或者手持數(shù)字化信息采集技術(shù)，則可以獲得比較清晰的結(jié)果。

實際上，利用溶解性差異鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別方案具有試劑用量較大、操作較復雜、“靈敏度”較低、不易觀察等缺點;利用溶液堿性強弱鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別方案需要事先配制準確濃度的試劑，跟真實的未知物鑒別情境有一定差距，同時須使用精確的數(shù)字化測量儀器才比較可靠。因此，這兩種方案還需要不斷改進和完善。

1.5 要求學生完整地表述鑒別方案，明確選擇規(guī)則

完整、恰當?shù)乇硎鲨b別方案，有利于使學生的思路更清晰，印象更深刻。不斷小結(jié)和完善鑒別方案，以及明確選擇規(guī)則，有利于提升學生的學習水平。

選擇鑒別方案的原則主要是：依據(jù)合理;現(xiàn)象鮮明;結(jié)果準確;裝置簡單;操作簡便;有利于理論聯(lián)系實際;安全綠色等。

2 對幾個鑒別實驗的討論

在有關(guān)文獻中，有一些鑒別方案需要采用比較復雜的儀器或裝置，例如：

（1） 根據(jù)熱穩(wěn)定性大小鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的自制專用儀器“長柄雙聯(lián)V形玻管”[4]。

鑒別原理：碳酸氫鈉受熱時可分解，使固態(tài)物質(zhì)質(zhì)量變小;生成的二氧化碳和水能使藍色石蕊試紙變色。

裝置說明：圖1是根據(jù)熱穩(wěn)定性大小鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的自制專用儀器“長柄雙聯(lián)V形玻管”[5]，可以截取1根外徑約10mm、長短合適的硬質(zhì)玻璃管，在酒精噴燈上彎制而成。

在長柄雙聯(lián)V形玻管的V形底部分別裝入粒度相近的1.5克碳酸鈉固體和1.5克碳酸氫鈉固體，把干燥的藍色石蕊試紙揉皺塞在兩邊導管口（不要滑到V形管底部與固體接觸），長柄的中心位置系一根粗細合適的棉線，將長柄Ⅴ形玻管懸掛成水平狀態(tài)（見圖2）。

操作過程：①先用酒精燈加熱盛有碳酸鈉的V形管部分（加熱時間60秒左右），此時玻璃管會有輕微的晃動（熱氣流擾動造成），但玻璃管的長柄仍處于水平狀態(tài)，而且干燥的藍色石蕊試紙不變色。該實驗現(xiàn)象說明碳酸鈉受熱后質(zhì)量不變，即碳酸鈉受熱不易分解。②再加熱盛有碳酸氫鈉的Ⅴ形管部分。不到50秒就可以看到盛有碳酸氫鈉的V形玻璃管明顯上升，而且干燥的藍色石蕊試紙部分變成淺紅色。該實驗現(xiàn)象說明，碳酸氫鈉受熱后質(zhì)量明顯減少，即碳酸氫鈉受熱易分解，并且產(chǎn)生了酸性氣體。

該組實驗操作不算太復雜，用時較短，有趣味性、微型化等特點;實驗中可以觀察到先加熱時裝置不傾斜、后加熱時裝置傾斜等現(xiàn)象。該裝置像天平一樣，能讓學生直觀地感受到反應過程中固體質(zhì)量的變化。但試劑用量略大，靈敏度不易控制，操作有一定難度。

（2） 用與鹽酸反應的快慢鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的自制專用裝置（見圖3）。

鑒別原理：等質(zhì)量的兩種固體與鹽酸反應時，NaHCO3反應快，消耗的鹽酸少，產(chǎn)生的CO2多。

裝置說明：圖3中1、2是用25mL規(guī)格堿式滴定管代替的量氣管，通過氣體壓上來的液體的量來測量產(chǎn)生的氣體體積;3、4是針筒，用于定量注入稀鹽酸;5、6是具支試管，事先分別加入等體積等濃度的Na2CO3溶液和NaHCO3溶液;7中裝有滴加酚酞的飽和NaHCO3溶液，因為溶液呈堿性而顯紅色，當產(chǎn)生的氣體將紅色水溶液壓入量氣管，能清晰地看到紅色液柱上升的位置，即指示反應產(chǎn)生氣體的量;8，9均為用橡膠制成的固定圈。

操作步驟：①如圖所示安裝好儀器。②分別向試管中加入3mL 0.3mol·L-1 Na2CO3溶液和3mL 0.3mol·L-1 NaHCO3溶液。分別用兩個注射器吸取6mL 0.3mol·L-1的稀鹽酸，把注射器連接到具支試管上面，塞緊橡皮塞。③分別請兩位學生以相同速度分三次壓入相同量的鹽酸：先加2mL，觀察兩邊水柱的變化。反應結(jié)束時，發(fā)現(xiàn)一邊水柱上升，一邊不升。然后再同時加入2mL鹽酸，引導學生觀察兩邊液柱的變化快慢。第三次再同時加入2mL鹽酸，發(fā)現(xiàn)反應結(jié)束時兩邊液面上升高度大致相同。

（3） 利用與CO2氣體反應現(xiàn)象的不同鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉的自制專用裝置（見圖4）。

鑒別原理：同溫下碳酸鈉的溶解度大于碳酸氫鈉，從理論上講，將CO2氣體通入飽和碳酸鈉溶液中，應比較容易析出碳酸氫鈉晶體：Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3;CO2氣體與飽和碳酸氫鈉溶液不反應，所以可以根據(jù)將CO2氣體分別通入飽和Na2CO3溶液和飽和NaHCO3時是否析出晶體來鑒別兩溶液。但是，在向飽和Na2CO3溶液中通入CO2氣體時常常很難看到晶體析出，原因是CO2氣體在水中的溶解度較小，通入的CO2氣體只有很少一部分能與碳酸鈉溶液反應，絕大多數(shù)CO2氣體散逸到空氣中。由于長時間看不到晶體析出容易使人產(chǎn)生誤解，作出錯誤判斷。

操作步驟：將塊狀的石灰石敲碎;滴入濃度較大的鹽酸;通過洗氣裝置B、 C將CO2氣體中混有的HCl氣體和水蒸氣除盡;導管出口使用多孔球泡;CO2氣體通入時間要足夠長，使生成的碳酸氫鈉足夠多。隨著反應的進行，生成的碳酸氫鈉越來越多，碳酸氫鈉在水中先達到飽和，再生成的碳酸氫鈉以“沉淀”的形式析出。

將CO2氣體連續(xù)通入飽和碳酸鈉溶液中約8分鐘，發(fā)現(xiàn)溶液開始渾濁;約12分鐘，可發(fā)現(xiàn)有較多白色細小晶體析出;約15分鐘后有大量白色晶體析出。

成功關(guān)鍵：①碳酸鈉溶液要飽和;②CO2氣體要過量。

這3個鑒別方案中，除了方案（1）之外，另外兩個的裝置和操作都比較復雜，且實驗用時過長，不適宜作為鑒別方案，也不適合課堂演示采用。必要時，可以事先在實驗室拍成視頻，然后在課堂上播放。

參考文獻：

[1][2]北京師范大學化學系無機化學教研室編. 簡明化學手冊[M]. 北京：北京出版社，1980：182.

[3]朱建民. 碳酸氫鈉溶液的pH與其濃度關(guān)系探討[J]. 科教導刊（電子版），2018，（22）：82.

[4][5]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]. 化學教育，2014，（21）：56～57.