關(guān)于鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置與操作的改進(jìn)

張學(xué)為

摘 要：鈉與水的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是高中學(xué)生必須學(xué)習(xí)掌握的實(shí)驗(yàn)，由于鈉與水的反應(yīng)劇烈，存在一定的危險(xiǎn)性。在分析以往實(shí)驗(yàn)和教材引用的案例的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)裝置，便于將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完整的展示，在保證實(shí)驗(yàn)安全的基礎(chǔ)上增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科，鈉與水反應(yīng)是高中化學(xué)教材必修一（人教版）第三章第一節(jié)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，但是反應(yīng)劇烈，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不易控制，有一定的危險(xiǎn)性。很難將此化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完整的演示，學(xué)生不能全面觀察現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)，不利于對(duì)學(xué)生觀察和分析能力的提高。為此對(duì)現(xiàn)行的中學(xué)教材中鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使實(shí)驗(yàn)更具可操作性、真實(shí)性和科學(xué)性。

一、現(xiàn)行的教材實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原理

金屬鈉與水的反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)最常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)之一，是水中電離的氫離子從鈉奪取電子產(chǎn)生氫原子并結(jié)合為氫氣的過(guò)程。鈉與水反應(yīng)屬于置換反應(yīng)，反應(yīng)化學(xué)方程式為式1。

2Na+2H2O==2NaOH+H2↑（式1）

2.實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）先切一小塊鈉（綠豆大），用刺了小孔的鋁箔包好；

（2）用鑷子夾住，放在圖中的試管口下（試管已裝滿(mǎn)水）；

（3）等試管集滿(mǎn)氣體時(shí)，用大拇指堵住試管口并從溶液中取出，向下移近酒精燈點(diǎn)燃；

（4）最后向燒杯中滴加無(wú)色的酚酞試液。

二、實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

（1）將鋁箔包住鈉，用鑷子夾住不能很好地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不利于對(duì)學(xué)生觀察能力和分析能力的提高。

（2）該實(shí)驗(yàn)的最大缺點(diǎn)就在于該實(shí)驗(yàn)的操作較復(fù)雜，學(xué)生很難獨(dú)立完成。

（3）對(duì)反應(yīng)速率缺乏控制。實(shí)驗(yàn)很快，且還要將手伸入水中，不符合實(shí)驗(yàn)安全規(guī)范。

（4）鋁箔包住鈉會(huì)給學(xué)生帶來(lái)思維上的干擾。有些學(xué)生認(rèn)為是鋁與熱水反應(yīng)產(chǎn)生的H2，造成思維上的誤導(dǎo)。

（5）實(shí)驗(yàn)存在安全隱患，如果H2不純的話(huà)，直接點(diǎn)燃會(huì)引起爆炸，并且該實(shí)驗(yàn)缺少趣味性。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路

鈉和水的反應(yīng)現(xiàn)象和產(chǎn)物檢驗(yàn)一次完成，并有效控制反應(yīng)由快到慢。學(xué)生能全面地觀察、分析實(shí)驗(yàn)，提高了課堂教學(xué)的效率。

四、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)操作

具體操作步驟如下：

（1）從塑料瓶中往U玻璃管中注入滴有酚酞的蒸餾水，直至接近右端管口2～3cm，再在右端注入一定煤油。

（2）在膠塞上固定一根大頭針，用針扎起一塊黃豆粒大小的金屬鈉，蓋緊膠塞先使金屬鈉浸沒(méi)在煤油中，并慢慢將針頭向下按使金屬鈉與水接觸開(kāi)始反應(yīng)。

（3）待反應(yīng)完全后，點(diǎn)燃火柴靠近右端玻璃尖嘴，并迅速用拇指擠壓上端帶玻璃珠的橡膠管（內(nèi)有一顆小玻璃珠，結(jié)構(gòu)與堿式滴定管的滴管口構(gòu)造相同）。

（4）在導(dǎo)管口把氣體點(diǎn)燃。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鈉在煤油和水之間浮動(dòng)，在水面上有氣泡，說(shuō)明鈉和水反應(yīng)，鈉的密度大于煤油的密度，小于水的密度。水溶液開(kāi)始變紅，說(shuō)明有堿性物質(zhì)生成。由于氣體的生成，U形管右邊（用作反應(yīng)的一端）的液面會(huì)下降，而左端（不用作反應(yīng)的一端）的液體將從漏斗口流進(jìn)漏斗，這是因?yàn)殁c與水反應(yīng)生成的氣體難溶于水。右邊的氣壓增大，液面也隨之下降，反應(yīng)開(kāi)始加速。由于煤油少，不能再阻止鈉和水的充分接觸反應(yīng)，可明顯地觀察到鈉和水劇烈的反應(yīng)。鈉浮在水面上，熔化成銀白色的小球，四處游動(dòng)，可聽(tīng)到微弱的嘶嘶聲。同時(shí)液面迅速上升，收集到大量純凈的H2。

五、效果評(píng)價(jià)

（1）將化學(xué)實(shí)驗(yàn)完整地演示，學(xué)生全面地觀察現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生觀察能力和分析能力。

（2）對(duì)反應(yīng)速率有效控制。反應(yīng)由慢到快，反應(yīng)現(xiàn)象觀察和產(chǎn)生檢驗(yàn)有序進(jìn)行。

（3）避免鋁箔包住會(huì)給學(xué)生帶來(lái)思維上的干擾。

（4）H2的生成檢驗(yàn)，燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，現(xiàn)象明顯。

（5）實(shí)驗(yàn)環(huán)境安全，同時(shí)增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 馮志強(qiáng)