李亞東
一、研究背景和意義
Na 與H2O 的反應實驗是初中高中堿金屬一章節(jié)中的經典實驗。在高中經典實驗“金屬鈉與水的反應”中,教學演示實驗往往是這樣做的,從煤油中取出一塊金屬鈉,用濾紙吸干凈表面的煤油后,用小刀切取綠豆大小的一小塊金屬鈉.切口呈現銀白色的金屬光澤,但光澤迅速消失、變暗,原因是鈉與空氣中的氧氣迅速反應。將這小塊鈉投入注有水的表面皿或燒杯中,水中,鈉浮于水面,劇烈反應,急速游動,并熔成一個閃亮的小球,逐漸縮小,最后完全消失,在溶液中滴加酚酞,溶液變紅。
傳統(tǒng)實驗只是將鈉塊放入到水中,觀察其反應現象,如圖1所示。如果要收集鈉與水反應生成的氫氣要用圖2所示排水法來收集,并爆鳴,等等因此學生對鈉與水反應的只有定性的認識也沒有定量去研究,定性可能也是不全面的,如反應生成物中氫氣只能爆鳴而不能看到其燃燒。如何能使反應過程生成的氫氣能收集起來,并能在空氣中燃燒(點燃),加以驗證呢?
針對教材中,鈉與水演示實驗存在不足的問題,我們認為為了能在初中、高中化學課堂教學中有效進行“鈉與水反應”的實驗教學,充分發(fā)揮化學實驗教學的教育功能,對鈉與水反應的演示實驗作了進一步的改進是必要而且有意義的。
二、研究設想和過程
基于前人對“Na 與H2O 反應的教學儀器 ”實驗裝置的研究,筆者得出了該研究項目,旨在借鑒前人研制項目的優(yōu)點,制作出一套能集展示反應現象、收集反應生成氣體、并能點燃為一體的“Na 與H2O”一體化演示實驗教具替代教材中的在燒杯中做Na 與H2O 的反應實驗。
三、研究成果1.實驗裝置(如圖3所示)
2.實驗操作說明
(1)檢查裝置的氣密性。
(2)用鐵架臺將高低U形管夾平,然后從低端管口注滿水,并在管口滴1滴~2滴酚酞。
(3)切割一小塊金屬鈉,并用濾紙將煤油吸干。然后迅速塞住U形管的另一端,讓金屬鈉與水充分反應。
(4)待反應完畢后,用手打開玻璃閥門,控制氣體的流量,用酒精燈在尖嘴處點燃。
(5)實驗現象:鈉與水劇烈反應,熔成閃亮的金屬小球,并在液面上游動;發(fā)生反應的U形管低端液面迅速下降,另一側高端管中液面上升,有水貯存;且U形管鈉與水反應的一側管內的溶液變紅。點燃氣體時,可見氣體安靜的燃燒,火苗較長,且火焰呈淡藍色,直至氣體耗盡。
(6)實驗結論:滴有酚酞的水變紅,說明有堿生成,據參與反應的物質所含元素分析一定是氫氧化鈉。發(fā)生反應的一端液面下降,證明有氣體生成,據參與反應的物質所含元素分析,生成的氣體要么是氫氣,要么是氧氣。因為生成的氣體能夠安靜的燃燒,且有淡藍色的火焰,證明生成的氣體一定是氫氣。反應化學方程式為:
2Na+2H2O2NaOH十H2↑
3.裝置改進的意義
(1)組裝方便,實驗儀器簡單
第一次組裝好后,重復實驗時安裝比較方便。本實驗裝置分為二部分,一是特殊U形管;二是尖嘴導管構成的閥塞。實驗儀器簡單,可循環(huán)使用,降低實驗成本。
(2)操作簡單,便于教師演示
該實驗是將反應裝置和氣體的收集裝置連成一體,利用產生的氣體造成一定的壓強,將壓出的水貯存在一側較長的管內,同時將生成的氣體貯存起來。在氣體點燃時,貯水一側的水能順利地將氣體壓出,有利于氣體的點燃;因為起始液面等高,壓出氣體時不至于將水壓到容器外邊,同時又能將氣體全部壓出,不會殘留?;鹈绲拇笮】赏ㄟ^控制玻璃閥來控制,該裝置的自動化程度比較高。
(3)氣體純凈,實驗安全有保障
反應前,U形管中注滿了水,迅速將放有鈉的帶有尖嘴的玻璃閥塞在U形管的一端,此時形成了充滿水的密閉體系,生成的氣體中不會混有空氣。雖然鈉與水反應是放熱反應,但因生成的氣體中沒有混有空氣,不會發(fā)生爆炸。鈉的用量只影響生成氣體的量,不影響實驗安全。鈉少,生成的氣體較少,燃燒時間較短;鈉多,生成的氣體較多時,據液壓原理可知,最多也只能收集到與U形管底端液面持平處,多余的氣體會從裝有貯水裝置的一端中溢出,同時也不會混入空氣,實驗科學,安全也有保障。
(4)現象明顯,便于學生觀察分析
在進行該實驗時,因為能收集到純凈的氣體,點燃時能見氣體安靜地持繼燃燒,有淡藍色的火焰等明顯實驗現象,有利于學生觀察實驗現象。
(收稿日期:2014-09-03)