登录
实验 20
碳酸氢钠与稀盐酸反应的热量变化
情境与思考
在寒冷的冬季，木柴燃烧释放热量可用于取暖；食物在人体内发生氧化反应释放热量，为人的生命活动提供能量；生活中常用的暖贴利用铁粉与氧气的氧化反应持续释放热量。这些现象表明许多化学反应会放出热量。那么，化学反应都是放热的吗？
请思考下列问题：
如何设计实验探究化学变化过程中伴随着能量变化？
举出一个利用吸热的化学反应在生产生活中解决问题、创造便利的实例。
探究与实践
[实验目的]
1. 知道化学反应常伴随着能量变化，有些化学反应吸热，有些化学反应放热。
2. 认识常温下容易发生的化学反应中也有吸热反应。
3. 初步运用控制变量的方法开展科学探究，体会控制变量法在科学探究中的运用。
[实验原理]
碳酸氢钠与稀盐酸会发生复分解反应，这是一个吸收热量的化学反应，化学方程式为：
${NaHCO_{_3} + HCl = NaCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
请设计实验证明该反应是吸热的。
当反应过程中的热量变化不明显，难以通过用手触摸来判断时，可通过测定反应过程中的温度变化来确定。
在碳酸氢钠固体与稀盐酸混合发生化学反应时，你认为哪些过程可能存在能量变化？
碳酸氢钠固体与稀盐酸混合，热量变化主要由两个过程产生：一是碳酸氢钠固体的溶解；二是两者之间发生化学反应。为排除溶解过程中热量变化的干扰，可运用控制变量法设计和实施实验。
实验准备
仪器：
锥形瓶(100 mL)、烧杯(100 mL)、量筒(50 mL)、胶头滴管、温度传感器(或温度计)、电子天平、药匙、磁力搅拌器(或玻璃棒)、称量纸、洁净软纸等。
试剂：
碳酸氢钠粉末、溶质质量分数为 4%的盐酸、蒸馏水。
安全事项
1. 盐酸具有腐蚀性，使用时应避免溅到皮肤或衣物上。
2. 操作时戴好护目镜和实验手套。
[实验步骤]
1. 感受碳酸氢钠固体与稀盐酸反应的温度变化
(1)取 2 药匙碳酸氢钠粉末于锥形瓶中。
(2)向锥形瓶中缓慢加入 30 mL 稀盐酸，轻轻搅拌或摇动锥形瓶，用手指小心触摸锥形瓶外壁，感受温度变化并记录。
实验记录
反应物混合后，锥形瓶外壁的温度。
2. 探究碳酸氢钠固体溶于水的温度变化
(1)如图 9 - 23 所示，量取 30 mL 蒸馏水于烧杯中，用温度传感器测量蒸馏水的温度，取出温度传感器后用洁净软纸擦干。
(2)取 2 g 碳酸氢钠粉末于锥形瓶中，放入温度传感器，并设置每秒记录 1 个数据，开始采集数据。
(3)向锥形瓶中倒入蒸馏水，轻轻搅拌。当温度基本不变时，停止采集数据，并保存数据图像(使用温度计完成实验时，建议每 10 s 记录 1 个数据，至温度基本不变)。
操作提示
1. 温度传感器不可接触锥形瓶内壁或底部，测量数据时应与液体充分接触。
2. 搅拌时不要碰触传感器，若无磁力搅拌器也可用轻轻摇动锥形瓶代替搅拌器搅拌，但要保持温度传感器不脱离液体。
实验记录
记录蒸馏水的温度为℃。碳酸氢钠溶于水的过程中记录的温度为：
|时间/s| | | | | | | |
|--|--|--|--|--|--|--|--|
|温度/℃| | | | | | | |
实验结论
碳酸氢钠粉末溶于水是(填“吸热”或“放热”)过程。
3. 探究碳酸氢钠固体与稀盐酸反应的热量变化
(1)用量筒量取 30 mL 稀盐酸，倒入烧杯，用温度传感器测量稀盐酸的温度，取出温度传感器，用蒸馏水清洗后再用洁净软纸擦干。
(2)取 2 g 碳酸氢钠粉末于锥形瓶中，放入温度传感器，并设置每秒记录 1 个数据，开始采集数据。
(3)向锥形瓶中加入稀盐酸，轻轻搅拌，当温度基本不变时，停止采集数据，并保存数据图像(使用温度计完成实验时，建议每 10 s 记录 1 个数据，至温度基本不变)。
实验记录
记录稀盐酸的温度为℃。碳酸氢钠与稀盐酸反应过程中记录的温度为：
|时间/s| | | | | | | |
|--|--|--|--|--|--|--|--|
|温度/℃| | | | | | | |
将记录下的温度随时间变化的数据，在图 9 - 24 中绘制成曲线。
实验结论
根据，可以推知，碳酸氢钠与稀盐酸的反应是(填“吸热”或“放热”)反应。
思维与创新
1. 实验中为什么需要测定碳酸氢钠固体溶于水的温度变化？
2. 某同学设计的实验是：先将 2 g 碳酸氢钠粉末配制成饱和溶液后再与 30 mL 稀盐酸混合，测定反应过程的温度变化。已知 20℃时，碳酸氢钠的溶解度为 9.6 g。这位同学是否会得到与上述实验相似的温度变化曲线？为什么？
3. 生石灰与水反应时放出热量。将柠檬酸与碳酸氢钠粉末混合后加入少量水，会立即发生反应，该反应吸热。请尝试利用放热或吸热反应，设计一件能够实现加热或冷却功能的装置，并编写使用说明，完成后在班级展示。
自评与互评
请评价自己和合作伙伴在实验过程中的参与及表现情况，在评价结果下方的方框内打“√”。
合作伙伴：。
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|--|--|--|
|对实验原理的理解|□ 理解
□ 基本理解
□ 仍未理解|□ 理解
□ 基本理解
□ 仍未理解|
|对实验操作的掌握|□ 能独立完成
□ 经指导能完成
□ 未能完成|□ 能独立完成
□ 经指导能完成
□ 未能完成|
|在实验中的表现|□ 积极主动
□ 被动参与
□ 未参与|□ 积极主动
□ 被动参与
□ 未参与|
碳酸氢钠与稀盐酸反应的热量变化
情境与思考
在寒冷的冬季，木柴燃烧释放热量可用于取暖；食物在人体内发生氧化反应释放热量，为人的生命活动提供能量；生活中常用的暖贴利用铁粉与氧气的氧化反应持续释放热量。这些现象表明许多化学反应会放出热量。那么，化学反应都是放热的吗？
请思考下列问题：
如何设计实验探究化学变化过程中伴随着能量变化？
举出一个利用吸热的化学反应在生产生活中解决问题、创造便利的实例。
探究与实践
[实验目的]
1. 知道化学反应常伴随着能量变化，有些化学反应吸热，有些化学反应放热。
2. 认识常温下容易发生的化学反应中也有吸热反应。
3. 初步运用控制变量的方法开展科学探究，体会控制变量法在科学探究中的运用。
[实验原理]
碳酸氢钠与稀盐酸会发生复分解反应，这是一个吸收热量的化学反应，化学方程式为：
${NaHCO_{_3} + HCl = NaCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow}$
请设计实验证明该反应是吸热的。
当反应过程中的热量变化不明显，难以通过用手触摸来判断时，可通过测定反应过程中的温度变化来确定。
在碳酸氢钠固体与稀盐酸混合发生化学反应时，你认为哪些过程可能存在能量变化？
碳酸氢钠固体与稀盐酸混合，热量变化主要由两个过程产生：一是碳酸氢钠固体的溶解；二是两者之间发生化学反应。为排除溶解过程中热量变化的干扰，可运用控制变量法设计和实施实验。
实验准备
仪器：
锥形瓶(100 mL)、烧杯(100 mL)、量筒(50 mL)、胶头滴管、温度传感器(或温度计)、电子天平、药匙、磁力搅拌器(或玻璃棒)、称量纸、洁净软纸等。
试剂：
碳酸氢钠粉末、溶质质量分数为 4%的盐酸、蒸馏水。
安全事项
1. 盐酸具有腐蚀性，使用时应避免溅到皮肤或衣物上。
2. 操作时戴好护目镜和实验手套。
[实验步骤]
1. 感受碳酸氢钠固体与稀盐酸反应的温度变化
(1)取 2 药匙碳酸氢钠粉末于锥形瓶中。
(2)向锥形瓶中缓慢加入 30 mL 稀盐酸，轻轻搅拌或摇动锥形瓶，用手指小心触摸锥形瓶外壁，感受温度变化并记录。
实验记录
反应物混合后，锥形瓶外壁的温度。
2. 探究碳酸氢钠固体溶于水的温度变化
(1)如图 9 - 23 所示，量取 30 mL 蒸馏水于烧杯中，用温度传感器测量蒸馏水的温度，取出温度传感器后用洁净软纸擦干。
(2)取 2 g 碳酸氢钠粉末于锥形瓶中，放入温度传感器，并设置每秒记录 1 个数据，开始采集数据。
(3)向锥形瓶中倒入蒸馏水，轻轻搅拌。当温度基本不变时，停止采集数据，并保存数据图像(使用温度计完成实验时，建议每 10 s 记录 1 个数据，至温度基本不变)。
操作提示
1. 温度传感器不可接触锥形瓶内壁或底部，测量数据时应与液体充分接触。
2. 搅拌时不要碰触传感器，若无磁力搅拌器也可用轻轻摇动锥形瓶代替搅拌器搅拌，但要保持温度传感器不脱离液体。
实验记录
记录蒸馏水的温度为℃。碳酸氢钠溶于水的过程中记录的温度为：
|时间/s| | | | | | | |
|--|--|--|--|--|--|--|--|
|温度/℃| | | | | | | |
实验结论
碳酸氢钠粉末溶于水是(填“吸热”或“放热”)过程。
3. 探究碳酸氢钠固体与稀盐酸反应的热量变化
(1)用量筒量取 30 mL 稀盐酸，倒入烧杯，用温度传感器测量稀盐酸的温度，取出温度传感器，用蒸馏水清洗后再用洁净软纸擦干。
(2)取 2 g 碳酸氢钠粉末于锥形瓶中，放入温度传感器，并设置每秒记录 1 个数据，开始采集数据。
(3)向锥形瓶中加入稀盐酸，轻轻搅拌，当温度基本不变时，停止采集数据，并保存数据图像(使用温度计完成实验时，建议每 10 s 记录 1 个数据，至温度基本不变)。
实验记录
记录稀盐酸的温度为℃。碳酸氢钠与稀盐酸反应过程中记录的温度为：
|时间/s| | | | | | | |
|--|--|--|--|--|--|--|--|
|温度/℃| | | | | | | |
将记录下的温度随时间变化的数据，在图 9 - 24 中绘制成曲线。
实验结论
根据，可以推知，碳酸氢钠与稀盐酸的反应是(填“吸热”或“放热”)反应。
思维与创新
1. 实验中为什么需要测定碳酸氢钠固体溶于水的温度变化？
2. 某同学设计的实验是：先将 2 g 碳酸氢钠粉末配制成饱和溶液后再与 30 mL 稀盐酸混合，测定反应过程的温度变化。已知 20℃时，碳酸氢钠的溶解度为 9.6 g。这位同学是否会得到与上述实验相似的温度变化曲线？为什么？
3. 生石灰与水反应时放出热量。将柠檬酸与碳酸氢钠粉末混合后加入少量水，会立即发生反应，该反应吸热。请尝试利用放热或吸热反应，设计一件能够实现加热或冷却功能的装置，并编写使用说明，完成后在班级展示。
自评与互评
请评价自己和合作伙伴在实验过程中的参与及表现情况，在评价结果下方的方框内打“√”。
合作伙伴：。
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|--|--|--|
|对实验原理的理解|□ 理解
□ 基本理解
□ 仍未理解|□ 理解
□ 基本理解
□ 仍未理解|
|对实验操作的掌握|□ 能独立完成
□ 经指导能完成
□ 未能完成|□ 能独立完成
□ 经指导能完成
□ 未能完成|
|在实验中的表现|□ 积极主动
□ 被动参与
□ 未参与|□ 积极主动
□ 被动参与
□ 未参与|
答案
解：
情境与思考
1. 实验设计：
取反应物（如碳酸氢钠与稀盐酸），先测量反应物初始温度，混合后用温度计或温度传感器持续监测温度变化，对比反应前后温度：温度升高则反应放热，温度降低则反应吸热；也可触摸反应容器外壁初步感受温度变化。
2. 实例：
利用柠檬酸与碳酸氢钠的吸热反应制作自冷饮料，户外可快速降温饮品；或工业上煅烧石灰石（${CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}↑}$）的吸热反应制取生石灰。
实验步骤相关记录与结论
1. 实验记录：降低
2. 实验记录：20（合理室温即可）
实验结论：吸热
3. 实验记录：20（合理室温即可）
实验结论：反应后溶液温度低于稀盐酸初始温度，且排除碳酸氢钠溶解吸热干扰后温度仍下降；吸热
思维与创新
1. 碳酸氢钠与稀盐酸混合时，存在碳酸氢钠溶解和化学反应两个能量变化过程，测定溶解的温度变化，是为排除溶解过程热量变化的干扰，准确判断化学反应的热量变化。
2. 会得到相似的温度变化曲线。因为20℃时碳酸氢钠溶解度为9.6g，2g碳酸氢钠能完全溶解形成不饱和溶液，溶解的吸热过程已完成，与稀盐酸反应时，化学反应本身为吸热反应，仍会使溶液温度降低，温度变化趋势与原实验相似。
3. 设计装置：自冷降温杯
使用说明：
① 杯体分内外层，内层放待冷却饮品，夹层分别封装柠檬酸粉末和碳酸氢钠粉末，隔层隔开；
② 使用时按压杯底开关，使隔层破裂，混合两种粉末；
③ 向夹层加少量清水，轻晃杯子；
④ 静置1~2分钟，通过夹层内吸热反应使内层饮品降温。
自评与互评（示例）
合作伙伴：XXX
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|--|--|--|
|对实验原理的理解|$\boldsymbol{√}$ 理解|$\boldsymbol{√}$ 理解|
|对实验操作的掌握|$\boldsymbol{√}$ 能独立完成|$\boldsymbol{√}$ 能独立完成|
|在实验中的表现|$\boldsymbol{√}$ 积极主动|$\boldsymbol{√}$ 积极主动|
情境与思考
1. 实验设计：
取反应物（如碳酸氢钠与稀盐酸），先测量反应物初始温度，混合后用温度计或温度传感器持续监测温度变化，对比反应前后温度：温度升高则反应放热，温度降低则反应吸热；也可触摸反应容器外壁初步感受温度变化。
2. 实例：
利用柠檬酸与碳酸氢钠的吸热反应制作自冷饮料，户外可快速降温饮品；或工业上煅烧石灰石（${CaCO_{3}\xlongequal{高温}CaO + CO_{2}↑}$）的吸热反应制取生石灰。
实验步骤相关记录与结论
1. 实验记录：降低
2. 实验记录：20（合理室温即可）
实验结论：吸热
3. 实验记录：20（合理室温即可）
实验结论：反应后溶液温度低于稀盐酸初始温度，且排除碳酸氢钠溶解吸热干扰后温度仍下降；吸热
思维与创新
1. 碳酸氢钠与稀盐酸混合时，存在碳酸氢钠溶解和化学反应两个能量变化过程，测定溶解的温度变化，是为排除溶解过程热量变化的干扰，准确判断化学反应的热量变化。
2. 会得到相似的温度变化曲线。因为20℃时碳酸氢钠溶解度为9.6g，2g碳酸氢钠能完全溶解形成不饱和溶液，溶解的吸热过程已完成，与稀盐酸反应时，化学反应本身为吸热反应，仍会使溶液温度降低，温度变化趋势与原实验相似。
3. 设计装置：自冷降温杯
使用说明：
① 杯体分内外层，内层放待冷却饮品，夹层分别封装柠檬酸粉末和碳酸氢钠粉末，隔层隔开；
② 使用时按压杯底开关，使隔层破裂，混合两种粉末；
③ 向夹层加少量清水，轻晃杯子；
④ 静置1~2分钟，通过夹层内吸热反应使内层饮品降温。
自评与互评（示例）
合作伙伴：XXX
|评价内容|自我评价|合作伙伴评价|
|--|--|--|
|对实验原理的理解|$\boldsymbol{√}$ 理解|$\boldsymbol{√}$ 理解|
|对实验操作的掌握|$\boldsymbol{√}$ 能独立完成|$\boldsymbol{√}$ 能独立完成|
|在实验中的表现|$\boldsymbol{√}$ 积极主动|$\boldsymbol{√}$ 积极主动|
