金屬鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

高一帆

（宇華實(shí)驗(yàn)中學(xué)-北大附中河南分校 河南鄭州 451171）

引言

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以增加學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生直觀對(duì)化學(xué)的感知能力，從而在眾多的化學(xué)現(xiàn)象中尋求化學(xué)的真諦。作為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)滿足實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單容易操作，現(xiàn)象明顯，危險(xiǎn)系數(shù)低等要求。中學(xué)化學(xué)教材中，鈉跟水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)[1]。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中占有重要地位，既作為重要的演示實(shí)驗(yàn)，又作為一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)（堿金屬及其化合物的性質(zhì)）的主要內(nèi)容之一[2]。

在現(xiàn)行高中化學(xué)新教材中，進(jìn)行了鈉的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：一是將鈉固定在裝捏扁且滿水塑料瓶中內(nèi)；二是切一塊鈉放在盛滿水的試管口下。第一種的不足：首先金屬鈉取用的量不好把握，若鈉的量比較多，則產(chǎn)生的氣體會(huì)使瓶塞沖出，瓶?jī)?nèi)的液體四處飛濺，產(chǎn)生危險(xiǎn)；若鈉少則產(chǎn)生氫氣的量比較少，且取下瓶塞時(shí)會(huì)有空氣混入瓶中，氣體不純，給檢驗(yàn)氣體帶來操作危險(xiǎn)[3]。在實(shí)際操作中，金屬鈉顆粒容易脫落，浮出水面，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。教材中采用擠癟盛滿水的塑料瓶來收集和檢驗(yàn)氫氣，改變了以往教科書中氫氣不容易收集、不容易檢驗(yàn)的弊端，能較好的說明鈉的物理和化學(xué)性質(zhì)，但在重復(fù)這一實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該方法常為擠捏不到位，急劇產(chǎn)生的氫氣迅速膨脹將橡皮塞迸出，鈉與水迅速反應(yīng)產(chǎn)生的大量的熱使氫氣遇空氣而燃燒爆炸。而且所用塑料瓶中有水，瓶口靠近酒精燈火焰時(shí)往往因?yàn)闅怏w爆鳴而容易緊張，致使把水灑出，這樣化學(xué)實(shí)驗(yàn)美就難得到充分的體現(xiàn)。教材上第二種方法，雖然裝置比較安全可靠，但是操作比較煩瑣，有時(shí)候會(huì)排不出氣體，有時(shí)候排出的氣體不能全部進(jìn)入試管。在燒杯里做鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橛醒鯕猓諝猓┐嬖?，常發(fā)生燃燒和爆炸等危險(xiǎn)現(xiàn)象，這不僅不安全，而且防礙了主要現(xiàn)象的觀察。用排水法收集氫氣時(shí)，需要將盛滿水的試管倒置在燒杯內(nèi)，即使使用500ml的大燒杯，操作也不太方便，比較麻煩。用排水法收集的氣體比較純，檢驗(yàn)氫氣時(shí)同學(xué)們只能體驗(yàn)純凈氫氣燃燒的情況，而不能對(duì)不純凈氫氣燃燒有可能會(huì)發(fā)生爆炸有深刻的認(rèn)識(shí)[4，5]。

為了確保實(shí)驗(yàn)安全，避免實(shí)驗(yàn)中意外現(xiàn)象的發(fā)生，提高實(shí)驗(yàn)效果，筆者探索了一種新的思路：實(shí)驗(yàn)操作方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鮮明，便于觀察，方便的收集和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的氣體；實(shí)驗(yàn)方法新穎，能激發(fā)增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣；增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的探究性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.實(shí)驗(yàn)器材與藥品：

儀器：長(zhǎng)頸漏斗、錐形瓶、試管、導(dǎo)氣管、雙孔橡皮塞、止氣夾、水槽、酒精燈、火柴、濾紙、鑷子、小刀等。

藥品：鈉、水、酚酞試液、煤油。

2.實(shí)驗(yàn)裝置（見圖）

3.實(shí)驗(yàn)過程：

圖1 排水法收集氫氣

圖2 排空氣法收集氫氣

取帶有長(zhǎng)頸漏斗和導(dǎo)氣管的雙孔橡皮塞，塞入錐型瓶口，檢驗(yàn)裝置氣密性。在錐形瓶中注入三分之二的水并滴入幾滴酚酞試液，之后再注入稍小于三分之一的煤油。準(zhǔn)備并連接排水收集裝置（或者排空氣收集裝置）。用鑷子夾入黃豆大的一小塊鈉，之后迅速將橡皮塞塞住錐形瓶瓶口，夾緊夾子。應(yīng)完成后，打開夾子，收集氣體。將收集氣體的試管用手堵住管口并靠近火焰，并用一小燒杯罩于點(diǎn)燃?xì)怏w火焰上方。

4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

鈉穿過煤油層，與水接觸時(shí)，浮在水面，迅速游動(dòng)并融化成一閃亮的小球，發(fā)出“嘶嘶”的響聲，同時(shí)鈉粒被產(chǎn)生的氣體沖起上浮進(jìn)入煤油層，如此反復(fù)直至反應(yīng)完畢。錐形瓶中水邊為紅色且長(zhǎng)頸漏斗中水上升，錐形瓶?jī)?nèi)液面下降。

反應(yīng)完成后，打開夾子，長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)液面下降，錐形瓶?jī)?nèi)氣體排出，導(dǎo)氣管口有氣泡產(chǎn)生，如圖1。如果用排空氣收集法則用試管直接收集氫氣即可，如圖2。

用排水法收集氣體，用手堵住試管口并靠近火焰，聽到“噗噗”聲，證明收集氣體為氫氣且純度較高。如果排水法收集則用手堵住試管口，靠近火焰則聽到爆鳴聲，證明收集氣體不純凈。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

1.該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后較教材上有以下優(yōu)點(diǎn)：

操作簡(jiǎn)便，易于控制，成功率高。

鈉與水反應(yīng)可以看到有大量氣泡產(chǎn)生，這不僅直觀說明了鈉跟水反應(yīng)有氣體產(chǎn)生，而且鈉跟水反應(yīng)的劇烈程度也得到了很好的顯現(xiàn)（比鋅與稀酸的反應(yīng)要?jiǎng)×业亩啵?/p>

對(duì)比明顯現(xiàn)象顯著。由于下層是水，上層是煤油，可以看到，鈉在水和油的分界處，與水反應(yīng)，此現(xiàn)象能強(qiáng)烈啟示觀察者對(duì)“鈉的密度比水小”這一物理性質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

2.該實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的科學(xué)性和嚴(yán)密性

高一教材利用小試管收集鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體憑聽其爆鳴聲驗(yàn)證氣體似有“主觀臆斷”之嫌，改用干燥的小燒杯罩于點(diǎn)燃?xì)怏w火焰上方，觀察到有水珠生成，斷定氣體為氫氣更有理有據(jù)，具有科學(xué)性。

在鈉與水改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，錐形瓶中煤油將鈉與水的反應(yīng)控制在近乎無氧的環(huán)境里進(jìn)行，因此產(chǎn)生氫氣可近似認(rèn)為純氫氣，所以點(diǎn)燃時(shí)與空氣中少量氧氣混合后不在爆炸極限范圍內(nèi)，所以該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生氣體在點(diǎn)燃前可不驗(yàn)純。這樣做有利于培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力。增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)趣味性，使教學(xué)效果更佳。

結(jié)語

以水和煤油為體系研究鈉的物理和化學(xué)性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，過程便于控制，成功率高，危險(xiǎn)系數(shù)小，更能體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的樂趣。