再談“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

黃金泉

摘要：為使鈉與乙醇反應(yīng)產(chǎn)生較多氣體且點(diǎn)燃后能維持稍長時間燃燒，設(shè)計(jì)了一種較為簡便的實(shí)驗(yàn)方法。在一支摘掉橡膠乳頭的滴管（無色滴瓶上的）中加入約0.2g的小鈉塊，然后將其慢慢倒放在一只盛有約15mL無水乙醇的50mL燒杯中反應(yīng)。利用該裝置鈉與乙醇反應(yīng)產(chǎn)生的氣體經(jīng)點(diǎn)燃后火焰大而明亮，持續(xù)燃燒的時間可長達(dá)30s左右，能順利進(jìn)行探究及驗(yàn)證氣體的成分。

關(guān)鍵詞：鈉；乙醇；演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號：1005–6629（2015）6–0070–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

“鈉與乙醇反應(yīng)”是現(xiàn)行高中教材中一個重要的演示實(shí)驗(yàn)。筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不同版本教材中闡述的實(shí)驗(yàn)方法，盡管實(shí)驗(yàn)操作較為簡便，產(chǎn)氣現(xiàn)象也較為明顯，但想要驗(yàn)證產(chǎn)生氣體的成分，就顯得不盡如人意。通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，有同行對該實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行過改進(jìn)，但按改進(jìn)后的一些實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行演示，實(shí)驗(yàn)效果仍不理想。究其原因主要是實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生氣體的量不多，較難維持稍長時間持續(xù)燃燒。即便燃燒，火焰也很微弱，分別用干燥的小燒杯和蘸有澄清石灰水的小燒杯罩其上方觀察現(xiàn)象，通過檢驗(yàn)燃燒的產(chǎn)物來判斷氣體的成分根本無法操作。還有同行提出，只要驗(yàn)證產(chǎn)生的氣體是否為氫氣就行了，何必這么復(fù)雜。然而鈉與乙醇反應(yīng)，雖說產(chǎn)生的氣體是氫氣，但依據(jù)元素守恒思想學(xué)生會提出質(zhì)疑，產(chǎn)生的氣體為什么是氫氣？難道不可以是一氧化碳？甲烷？究竟是什么氣體，實(shí)驗(yàn)是“最高法庭”，必須通過實(shí)驗(yàn)來加以驗(yàn)證，讓學(xué)生信服，這對培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑意識很有幫助。如何才能使鈉與乙醇反應(yīng)產(chǎn)生的氣體燃燒持續(xù)稍長時間且實(shí)驗(yàn)操作也較為簡便？為此，筆者將“鈉與乙醇反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)，愿與同行們共同探討。

2 不同版本教科書中“鈉與乙醇反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)方法

筆者查閱了幾種不同版本的教科書，發(fā)現(xiàn)書中闡述的“鈉與乙醇反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)方法不盡相同。

蘇教版化學(xué)必修2[1]“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是直接向裝有1～2mL無水乙醇的試管中投入一小粒金屬鈉，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

蘇教版選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》[2]中“鈉與無水乙醇反應(yīng)”是向小燒杯中加入無水乙醇，再放入一小塊切去表皮的金屬鈉（綠豆粒般大?。?，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并要求設(shè)法檢驗(yàn)反應(yīng)生成的氣態(tài)產(chǎn)物。

人教版化學(xué)必修2[3]中“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是采用在一支試管中加入無水乙醇和金屬鈉，塞上帶有針頭的橡膠塞，先收集一試管氣體驗(yàn)純后再點(diǎn)燃的方法，以驗(yàn)證所生成的氣體是否是氫氣，如圖1所示。

3 實(shí)際教學(xué)中的困惑

實(shí)際教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)，按蘇教版化學(xué)必修2闡述的“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行演示，觀察鈉與乙醇反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如鈉先沉在乙醇底部，而后在氣體的“幫助”下可能慢慢上浮，產(chǎn)生氣泡等不成問題，但要驗(yàn)證產(chǎn)生的是什么氣體就較為勉強(qiáng)。通常的做法是用大拇指長時間按住試管口，然后用燃著的火柴進(jìn)行點(diǎn)燃，用這種檢驗(yàn)方法，筆者以為即便聽到“噗”的一聲或爆鳴聲，也無法斷定產(chǎn)生的氣體就是氫氣。因?yàn)楫a(chǎn)生的氣體倘若為CO或CH4等可燃性氣體，點(diǎn)燃后也可能會出現(xiàn)上述類似的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；按蘇教版選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中闡述的直接在燒杯中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)法檢驗(yàn)反應(yīng)生成的氣態(tài)產(chǎn)物，就更加困難了。按人教版化學(xué)必修2介紹的“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)裝置（如圖1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，筆者先在試管中加入大約10mL無水乙醇，然后將一粒綠豆般大?。s0.1g）的金屬鈉用濾紙吸干表面的煤油后投入到試管中，待反應(yīng)進(jìn)行大約5s后（因產(chǎn)生的氣體量較少，收集驗(yàn)純比較困難），將產(chǎn)生的氣體直接進(jìn)行點(diǎn)燃，看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖2所示，火焰較小，難以維持稍長時間的持續(xù)燃燒。在這種情形下如何驗(yàn)證產(chǎn)生氣體的成分？鈉與乙醇反應(yīng)放熱，在產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物中可能會混有乙醇蒸氣，如何消除乙醇蒸氣的干擾？

可見，無論使用教科書中哪一種實(shí)驗(yàn)裝置，由于投入鈉的量有限且鈉與乙醇反應(yīng)較為緩慢，產(chǎn)生的氣體量不多，幾乎不能點(diǎn)燃，即便點(diǎn)燃后燃燒起來，火焰也很微弱，隨時都有熄滅的可能。因此，想要驗(yàn)證產(chǎn)生氣體的成分就顯得力不從心了。

4 對一些改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置評述

帶著種種疑問，筆者查閱了相關(guān)文獻(xiàn)資料。在2014年第10期《實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器》期刊雜志上，筆者閱讀到了由重慶市第十一中學(xué)丁昭蘭老師撰寫的“‘鈉與無水乙醇反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”一文[4]，深受啟發(fā)。丁老師在改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)時（改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示）充分展現(xiàn)了她在專業(yè)知識、專業(yè)智慧和實(shí)驗(yàn)操作技能等方面的扎實(shí)功底。丁老師在設(shè)計(jì)方案時充分考慮到一小塊金屬鈉與無水乙醇反應(yīng)，在產(chǎn)生有限量氣體的前提下，如何確保產(chǎn)生的氣體燃燒能持續(xù)稍長時間，又如何避免對產(chǎn)生的氣體進(jìn)行驗(yàn)純這兩方面動了很多心思，如用無水乙醇注滿20mm×200mm的U形管，以排除U形管中混有的空氣，其目的是避免驗(yàn)純，以節(jié)約氣體量；用連有玻璃珠和尖嘴管的塞子，使產(chǎn)生的氣體能夠聚集起來并能在尖嘴管處點(diǎn)燃且產(chǎn)生較長火焰，以便順利檢驗(yàn)出產(chǎn)生氣體的成分等等。應(yīng)該說丁老師設(shè)計(jì)出來的實(shí)驗(yàn)裝置合情合理，實(shí)用性也較強(qiáng)。但筆者對丁老師改進(jìn)后的這套實(shí)驗(yàn)裝置有兩點(diǎn)看法，愿與丁老師商榷：其一，該實(shí)驗(yàn)裝置過于復(fù)雜；其二，鈉與無水乙醇反應(yīng)放熱，在尖嘴管處燃燒的氣態(tài)產(chǎn)物中很可能混有乙醇蒸氣，另外，反應(yīng)中的小鈉塊在產(chǎn)生的氣體“幫助”下可能會上浮，很可能會阻塞尖嘴管通氣。因此，筆者認(rèn)為這套改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置在驗(yàn)證產(chǎn)生氣體成分方面仍不夠理想。在2011年第3期《化學(xué)教學(xué)》期刊雜志上，筆者還關(guān)注到由湘西自治州民族中學(xué)吳國峰老師撰寫的“乙醇與鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”一文[5]，吳老師巧用了把裝入無水CaCl2的干燥管接在試管上或用紗布包住無水CaCl2放入試管中的做法以消除乙醇蒸氣對檢驗(yàn)產(chǎn)生氣體成分的干擾。因?yàn)闊o水CaCl2與乙醇反應(yīng)生成CaCl2·4C2H5OH[6]。實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-a和圖4-b所示。吳老師設(shè)計(jì)的方案確實(shí)技高一籌，這兩種設(shè)計(jì)方案都較好地消除了乙醇蒸氣的干擾。教學(xué)中，筆者曾經(jīng)按圖4-b進(jìn)行過實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體量也不多，點(diǎn)燃后的火焰仍然很小，持續(xù)燃燒的時間不長，想要分別用干燥的小燒杯和蘸有澄清石灰水的小燒杯罩其上方觀察現(xiàn)象，以檢驗(yàn)燃燒的產(chǎn)物來判斷產(chǎn)生氣體的成分還是難以實(shí)現(xiàn)。

5 “鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)再改進(jìn)

基于以上思考，筆者對“鈉與乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再改進(jìn)。

5.1 具體操作步驟

取一支普通滴瓶上的滴管（無色的），摘去橡膠乳頭，如圖5-a和圖5-b所示，將一小塊黃豆大小的金屬鈉（約0.2g）用小刀切成粒狀的小鈉塊，用鑷子將這些小鈉塊沿口徑稍大的一端慢慢地放進(jìn)滴管的“大肚子”中，如圖5-c所示。在一只50mL燒杯中加入約15mL無水乙醇，把裝有小鈉塊的滴管慢慢倒放在該燒杯中，小鈉塊與無水乙醇接觸并反應(yīng)產(chǎn)生氣體，大約經(jīng)2s后（以免收集驗(yàn)純），在滴管尖嘴一端直接進(jìn)行點(diǎn)燃，火焰大且明亮，持續(xù)燃燒的時間可長達(dá)30s左右，如圖5-d所示。分別用干燥的小燒杯和蘸有澄清石灰水的小燒杯罩其上方觀察現(xiàn)象，以檢驗(yàn)燃燒的產(chǎn)物來判斷產(chǎn)生氣體的成分能得以順利實(shí)現(xiàn)，如圖5-e所示。

5.2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：一是實(shí)驗(yàn)儀器取材簡單，無需特意提前準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)操作也十分簡便，很適合在課堂上演示或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)；二是可免去氣體驗(yàn)純，直接點(diǎn)燃（一旦反應(yīng)后只需稍等幾秒鐘即可），增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果；三是氣體燃燒產(chǎn)生的火焰大且明亮，持續(xù)燃燒的時間可長達(dá)30s左右，非常適合探究、驗(yàn)證該反應(yīng)產(chǎn)生氣體的成分。

缺點(diǎn)：不能判斷鈉與乙醇密度的大小且消耗鈉和使用乙醇的量要稍多些。

5.3 一點(diǎn)補(bǔ)充說明

鈉與乙醇反應(yīng)放熱，在產(chǎn)生的氣體中可能會混有乙醇蒸氣干擾氣體的檢驗(yàn)。如何消除乙醇蒸氣的干擾？如果采用無水CaCl2來吸收，有效果，但實(shí)際操作會帶來很多麻煩。注意到乙醇的沸點(diǎn)是78.5℃，且乙醇能使酸性K2Cr2O7溶液褪色[7]。因此，我們只要把裝有無水乙醇的50mL小燒杯浸入到裝有冷水的100mL燒杯中約5min左右，然后將事先裝有小鈉塊的滴管慢慢傾斜后倒置在50mL小燒杯中，設(shè)法（如采用一種用于自行車氣門芯上的小橡皮管將產(chǎn)生的氣體導(dǎo)出）將產(chǎn)生的氣體通入到酸性K2Cr2O7溶液中觀察，溶液不變色，說明冷水可以防止乙醇蒸氣的揮發(fā)。“把裝有無水乙醇的小燒杯浸入到裝有冷水的燒杯中”這一過程在上述圖5-d和圖5-e中都沒體現(xiàn)出來。但在實(shí)際操作時，筆者建議不可忽略這一過程，以免乙醇蒸氣造成干擾。這樣可直接點(diǎn)燃產(chǎn)生的氣體，然后再采用上述實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)燃燒產(chǎn)物，若干燥的小燒杯內(nèi)壁有水珠或水霧，而蘸有澄清石灰水的小燒杯內(nèi)壁的液滴不變渾濁，可證明生成的氣體是氫氣。

對“鈉與乙醇反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行再改進(jìn)，不僅能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識，而且在不違背實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能的前提下，能讓學(xué)生體驗(yàn)驗(yàn)證產(chǎn)生氣體成分的化學(xué)學(xué)習(xí)過程，達(dá)到激發(fā)興趣、啟迪思維、培養(yǎng)能力、提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修）[M].南京：江蘇教育出版社，2014：67.

[3]宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：73.

[4]丁昭蘭.“鈉與無水乙醇反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014，（10）：29.

[5]吳國峰.乙醇與鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2011，（3）：41.

[6][7]李景寧主編.有機(jī)化學(xué)上冊[M].北京：高等教育出版社，2011：293，284.