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。
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編輯 馮志強(qiáng)