鈉與硫爆炸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

王培明+齊俊林

摘要：為拓展演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用塑料油桶、玻璃棒、燃燒匙、金屬鈉和硫粉等材料，設(shè)計(jì)了鈉與硫爆炸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置及方法。利用該方案，可使實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诎踩煽貤l件下進(jìn)行，學(xué)生能觀察到反應(yīng)爆炸時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈的火光，同時(shí)又能避免反應(yīng)產(chǎn)物對環(huán)境的污染。實(shí)踐表明，該實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驑O大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：鈉；硫；演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2015）1–0055–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

鈉與硫的反應(yīng)是高中化學(xué)中的重要反應(yīng)，也是硫的化學(xué)性質(zhì)的重要特征反應(yīng)。但由于鈉與硫的反應(yīng)比較劇烈，容易發(fā)生爆炸，且污染環(huán)境，因此現(xiàn)行教材中沒有介紹該實(shí)驗(yàn)的操作方法，致使許多教師一般也不敢輕易做該演示實(shí)驗(yàn)。筆者在講課時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對演示實(shí)驗(yàn)有著濃烈的興趣。例如：學(xué)生對現(xiàn)行高中化學(xué)教材[1]“鈉在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)”就非常感興趣。為此，我們對鈉與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了潛心研究，并取得了突破性進(jìn)展?，F(xiàn)將研究結(jié)果介紹如下，以供參考。

1 原理分析

由于金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)很活潑，能與很多非金屬直接化合。鈉與硫在微熱或研磨條件下很容易發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)很劇烈，甚至發(fā)生爆炸，生成硫化鈉。筆者也曾拜讀過某些學(xué)術(shù)期刊上有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的方法[2，3]。他們采用鈉與水反應(yīng)發(fā)熱引發(fā)該反應(yīng)，但是這些方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物二氧化硫污染教學(xué)環(huán)境或者反應(yīng)物過多會(huì)給實(shí)驗(yàn)造成干擾，學(xué)生會(huì)認(rèn)為反應(yīng)物不只是鈉與硫，其實(shí)還有水。筆者采用灼熱的玻璃棒引發(fā)實(shí)驗(yàn)，簡便易行，避免干擾因素；采用透明塑料桶做防護(hù)罩，既不影響現(xiàn)象觀察，又避免爆炸帶來的危險(xiǎn)；同時(shí)將反應(yīng)物、生成物及副產(chǎn)物封閉，最后有害氣體被碳酸鈉溶液吸收，起到消除環(huán)境污染的作用。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

去底塑料油桶（5L）1個(gè)（如圖2所示）、塑料水槽1個(gè)、6號(hào)橡膠塞1個(gè)、玻璃棒2根、燃燒匙1個(gè)、酒精燈1盞、火柴1盒、玻璃片、小刀、打孔器、剪刀、燒杯（50mL）1只、膠頭滴管1支、試管1支。

金屬鈉、硫粉、10%碳酸鈉溶液、醋酸鉛溶液、蒸餾水、凡士林。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料的加工

2.2.1 橡膠塞的加工

取1個(gè)6號(hào)橡膠塞，在中央用打孔器打一個(gè)直徑比玻璃棒直徑略小的圓孔，然后插入玻璃棒。

從橡膠塞的小頭端插入燃燒匙的金屬柄，在膠塞外面將金屬柄彎成一個(gè)直角彎（如圖3所示），將與膠塞接觸處的燃燒匙的金屬柄上涂上凡士林。

2.2.2 塑料油桶的加工

取容積為5L塑料油桶，剪掉底部。用直徑較大的打孔器在距下邊緣0～8cm范圍的側(cè)壁上打出若干個(gè)小孔，將側(cè)壁底邊用剪刀剪成鋸齒狀（如圖4所示）。

2.2.3 金屬鈉的加工

取綠豆粒大小的金屬鈉，去掉表面氧化物后，用小刀在玻璃片上將其切成碎屑。

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置

燃燒匙內(nèi)為金屬鈉的碎屑（綠豆粒大小金屬鈉切成）和1g左右的硫粉的混合物；水槽中盛有10%的碳酸鈉溶液，使去底塑料桶側(cè)面上的小孔全部被浸沒；與膠塞接觸處燃燒匙的金屬柄上涂有凡士林，以減小上下移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力（如圖5所示）。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法及其現(xiàn)象

（1）取下帶有玻璃棒、燃燒匙的橡膠塞（如圖3所示），搖動(dòng)燃燒匙的金屬柄使之帶動(dòng)燃燒匙水平旋轉(zhuǎn)180°，使燃燒匙的凹部背離玻璃棒（如圖6所示）。然后在燃燒匙內(nèi)加入金屬鈉碎屑和硫粉的混合物，上提燃燒匙的金屬柄，使燃燒匙內(nèi)的藥品靠近膠塞（如圖7所示）。

（2）點(diǎn)燃酒精燈，用酒精燈加熱玻璃棒的下端，當(dāng)其紅熱時(shí)，立即將橡膠塞上燃燒匙的金屬柄向下移動(dòng)，使燃燒匙移至玻璃棒下方1～2cm處（如圖8所示），水平旋轉(zhuǎn)燃燒匙的金屬搖柄180°，使玻璃棒下端正對著燃燒匙內(nèi)的藥品但不接觸（如圖9所示），將該膠塞迅速塞緊到無底塑料油桶的桶口處；迅速上提燃燒匙的金屬柄，使紅熱的玻璃棒下端與鈉和硫的混合物接觸（如圖5所示），片刻，可觀察到火光一閃，鈉與硫發(fā)生反應(yīng)（2Na+S=Na2S），同時(shí)聽到“砰”的一聲爆炸聲（無底塑料油桶不會(huì)炸破）；生成的副產(chǎn)物二氧化硫氣體可被碳酸鈉溶液吸收掉。

（3）將燃燒匙內(nèi)的生成物轉(zhuǎn)移到盛有30mL蒸餾水的小燒杯中，用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，靜止片刻后，用膠頭滴管從小燒杯的液面下方吸取少量澄清液，并將其滴入到盛有醋酸鉛溶液的試管中，可以觀察到試管中有黑色沉淀生成[Pb（CH3COO）2+Na2S=PbS↓+ 2CH3COONa]，由此說明鈉與硫反應(yīng)生成了硫化鈉。

3 實(shí)驗(yàn)說明

（1）金屬鈉碎屑和硫粉混合要均勻，用量千萬不要太多（綠豆粒大小金屬鈉和1g左右的硫粉），防止爆炸強(qiáng)度過大。

（2）實(shí)驗(yàn)所用水槽和防護(hù)罩（無底塑料油桶）都是塑料制品，可以大大降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。

（3）無底塑料油桶上打孔、底邊剪成鋸齒狀，可減少爆炸時(shí)對防護(hù)罩的沖擊力。

（4）用10%碳酸鈉溶液代替氫氧化鈉溶液吸收副產(chǎn)物二氧化硫，以減少濺出時(shí)對人體的傷害。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級中學(xué)教科書·化學(xué)（第一冊）（必修）[M].北京：人民教育出版社，2003：29.

[2]喬紅元.鈉與硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2005，（4）：6～7.

[3]賈同全.鈉和硫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微量化設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2012，（8）：47，50.