鈉與水反應趣味性演示探究實驗的設計

陳曉芹　黃紫洋

摘要：通過分析現(xiàn)有教材中鈉與水反應的演示實驗，以及梳理和評價文獻上報道的該實驗幾個較有代表性的改進方案，設計一種具有趣味性和探究性的演示實驗方案。該方案具有實驗現(xiàn)象易于觀察、反應速率適中、能驗證產(chǎn)物、安全環(huán)保等優(yōu)點，有助于學生加深對鈉與水反應實質(zhì)的認識。

關鍵詞：鈉與水反應;?趣味性演示實驗;?探究性實驗設計;?三頸燒瓶;?噴泉現(xiàn)象

文章編號：1005-6629（2020）07-0069-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

鈉與水反應的實驗是高一化學1的內(nèi)容。該實驗通常作為演示實驗，需要滿足實驗現(xiàn)象易于觀察、演示時間不能太快或太慢，實驗過程具有科學性、安全、環(huán)保等演示要求。筆者通過對教材中鈉與水反應演示實驗的分析，發(fā)現(xiàn)該實驗在上述演示要求上存在一些不足，綜合梳理與分析部分期刊文獻的相關報道后，設計了一種具有趣味性和探究性的演示實驗方案，該方案能夠滿足上述演示要求，有助于學生加深對鈉與水反應實質(zhì)的認識。

1??教材及期刊中的相關實驗設計

現(xiàn)行高中蘇教版化學教材與高中人教版化學教材

所提供的鈉與水反應的演示實驗方案相同，即在盛有水的小燒杯中事先滴加幾滴酚酞指示劑，將綠豆粒大小的鈉塊直接投入該燒杯中進行實驗[1，2]。筆者發(fā)現(xiàn)該實驗方法的不足之處是：反應速率太快;沒能科學地證明反應生成的氣體是H2;鈉粒直接投入有水的燒杯中，可能會飛濺，具有安全隱患;反應產(chǎn)生的氣體在未檢驗有無污染的情況下，就在敞開的燒杯中隨意排放，不利于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與環(huán)保意識。

為了將教材中鈉與水反應的實驗進一步完善，許多教學工作者改進了該實驗，目前已見報道的相關實驗方案中較有代表性的有如下4種。

方案1：實驗裝置如圖1所示。將帶有鈉塊的移液管吸頭放入含有酚酞指示劑和蒸餾水的離心管中，

反應即開始，有肥皂泡產(chǎn)生，用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體，

移開移液管反應便可停止[3]。

方案2：實驗裝置如圖2所示。輕捏膠頭滴管使V形凹槽內(nèi)含有酚酞指示劑的蒸餾水與鈉粒接觸，反應即開始[4]，

用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體。

方案3：實驗裝置如圖3所示。將剪開底部的礦泉水瓶放入含有酚酞指示劑的蒸餾水的敞口儀器中，接著將帶有鈉粒的橡皮塞塞入礦泉水瓶的瓶口，使鈉粒與實驗裝置中的溶液接觸反應，反應結(jié)束后將實驗裝置靠近酒精燈火焰，斜翻起礦泉水瓶，即可檢驗產(chǎn)生的氣體[5]。

方案4：實驗裝置如圖4所示。關閉裝置中的玻璃活塞1，打開玻璃活塞2，反應容器中加入用502膠水處

理后的鈉粒，裝上三角漏斗，注入含有酚酞指示劑的蒸餾水充滿反應容器，反應即開始，控制玻璃活塞2，使氣體的流速增大，觀察到裝有肥皂水的燒杯中產(chǎn)生肥皂泡[6]，

用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體。

這4種改進方案均使用酚酞指示劑檢驗反應生成的堿性物質(zhì)，用爆鳴法檢驗產(chǎn)生的氣體。通過對比與分析上述實驗方案，梳理并得出各個實驗方案所存在的優(yōu)缺點，如表1所示。

分析上表可知，教材提供的鈉與水反應實驗方案存在反應速率太快、未檢驗產(chǎn)生的氣體便得出實驗結(jié)論、科學性欠佳、裝置完全敞口存在安全隱患且不夠環(huán)保等弊端。

改進后的實驗方案中，方案3反應速率太快，演示時間不易把控，方案1、方案2、方案4能夠較好地把控演示時間;

方案1～方案4對產(chǎn)生的物質(zhì)都進行了檢驗，使實驗結(jié)論遵循客觀事實具有科學性;4個改進方案都不是完全敞口的，避免了液體飛濺，

方案1、方案2、方案4的安全性較好，而方案3產(chǎn)生的氣體在未驗純的情況下，直接靠近酒精燈火焰檢驗，安全性一般;

方案1、方案2、方案3具有環(huán)保性，但由于實驗裝置小，現(xiàn)象不易觀察，因此不太適合作為課堂演示實驗;方案4基本滿足演示實驗的要求，缺點是實驗裝置的環(huán)保性一般、趣味性稍顯不足。

2??鈉與水反應趣味性演示探究實驗的設計

基于對上述實驗方案的分析，筆者取其精華，如借鑒方案4中利用502膠水處理鈉塊以減緩反應速率的方法、參考方案3中舊物利用的環(huán)保行為以及方案1中移液管吸頭尖端出現(xiàn)肥皂泡的趣味現(xiàn)象進行實驗設計;并補其不足，使該實驗既滿足實驗現(xiàn)象易于觀察、反應速率適中、能對產(chǎn)物進行驗證、安全環(huán)保等演示要求，又具有一定的趣味性與探究性。

2.1??實驗目的

通過實驗探究鈉與水發(fā)生化學反應的產(chǎn)物，加深學生對鈉與水反應原理的認識，培養(yǎng)學生實驗探究能力與嚴謹?shù)目茖W態(tài)度;通過有趣的實驗現(xiàn)象，激發(fā)學生學習化學的興趣。

2.2??實驗準備與操作

實驗原理：2Na+2H2O2NaOH+H2↑

操作步驟：剪去礦泉水瓶瓶底，瓶蓋上扎一個小洞，使導管恰好穿過該小洞，如圖5所示。組裝好實驗裝置，往三頸燒瓶中加適量蒸餾水，使導管浸沒其中，關閉尖嘴管上的活塞，蓋上玻璃塞，檢查完裝置的氣密性后，往三頸燒瓶內(nèi)滴入幾滴酚酞指示劑。取綠豆粒大小的鈉塊若干進行預處理：擦干鈉塊表面的煤油，用

502膠水包裹住鈉塊并扎一個小孔，將處理后的若干鈉塊分別投入水中，觀察反應速率，選用反應速率適中的鈉塊待用。接著，在尖嘴管口上涂肥皂液。

從三頸燒瓶中間的管口投入預處理好的鈉塊，蓋上玻璃塞，反應開始。觀察到反應容器內(nèi)的溶液由無色變?yōu)榧t色，導管內(nèi)的水面慢慢上升，打開尖嘴管上的活塞，觀察到有肥皂泡產(chǎn)生，如圖6所示。

關閉尖嘴管上的活塞，用玻璃棒輕輕挑起肥皂泡，使之飄向空中，用燃著的木棒點燃該氣泡，聽到明顯的爆鳴聲，通過該現(xiàn)象，引導學生推測出該實驗產(chǎn)生的氣體為H2。

隨著反應進行，反應容器內(nèi)的壓強越來越大，導致容器內(nèi)的紅色堿液從導管一側(cè)壓出，觀察到“紅色噴泉”現(xiàn)象，如圖7所示。

通過觀察溶液由無色變?yōu)榧t色以及“紅色噴泉”現(xiàn)象的產(chǎn)生，引導學生推測出該化學反應產(chǎn)生了堿性物質(zhì)NaOH，從而得出該反應的化學方程式：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.3??鈉與水反應趣味實驗課堂實錄

教師：化學告訴我們物質(zhì)世界是充滿變化的，世界上唯一不變的是變化本身，今天老師就給大家展示一個變化，請同學們仔細觀看。

（將處理好的鈉塊投入到三頸燒瓶中）

教師：觀察到哪些現(xiàn)象呢？

學生甲：聽到嘶嘶的響聲，鈉塊漂浮在水面上，還會四處游動。

學生乙：咦？燒瓶里的溶液怎么變紅了？

學生丙：我看到玻璃導管內(nèi)的液面在慢慢上升。

教師：老師事先在尖嘴管上涂了一點肥皂液，現(xiàn)在打開尖嘴管上的活塞，快看這是什么？

學生：肥皂泡！

教師：（用玻璃棒挑起肥皂泡，用燃著的木棒點燃肥皂泡）大家現(xiàn)在觀察到什么現(xiàn)象呢？

學生丙：肥皂泡向上飄起，聽到有爆鳴聲。

教師：為什么會出現(xiàn)這兩個現(xiàn)象呢？

學生：肥皂泡里含有H2，H2密度比空氣小，就飄起來了，點燃不純的H2有爆鳴聲。

教師：H2是從哪里來的呢？

學生甲：鈉與水反應產(chǎn)生了H2。

教師：很好！通過該實驗現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)鈉與水會發(fā)生化學反應，并且產(chǎn)生了H2。

（教師板書：Na+H2O——H2↑+__________）

教師：請同學們繼續(xù)觀看燒瓶另一側(cè)的現(xiàn)象。

學生丙：玻璃管內(nèi)的液面越來越高了。

學生：哇，有“紅色噴泉”。

教師：這個“紅色噴泉”是什么？提示：老師事先在三頸燒瓶里加了蒸餾水和酚酞指示劑。

學生甲：是鈉與水反應后生成了可溶性的堿性物質(zhì)使酚酞溶液變紅。

教師：回答得很好，但這個堿性物質(zhì)到底是什么呢？觀察這個方程式，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，元素不會憑空消失或產(chǎn)生，大家試著推測看看鈉與水反應生成的堿性物質(zhì)是什么？

學生：NaOH。

教師：對！因此鈉與水反應還生成了NaOH。

教師：現(xiàn)在請同學們拿出草稿紙完成該反應的化學方程式的書寫。有哪位同學愿意上來板書，展示出你的答案呢？

學生丁：我來！

（學生板書：2Na+2H2OH2↑+2NaOH）

教師：這就是鈉與水反應的實驗原理。

2.4??實驗中的注意事項

（1）?三頸燒瓶中的水量要適中。若水面超過三個頸部的末端，易導致實驗失敗;若水量太少則難以產(chǎn)生“紅色噴泉”，只能看到堿液被壓入玻璃導管的現(xiàn)象。

（2）?鈉塊的預處理。取綠豆粒大小的鈉塊，若鈉塊太大則反應過于激烈，若鈉塊太小，產(chǎn)生H2量不足，難以觀察到實驗現(xiàn)象;將鈉塊用502膠水包裹時，較好的操作方法是：將502膠水倒在小容器內(nèi)，再將切好的鈉塊浸入后撈出晾干;將包裹著502膠水的鈉塊扎小孔時，若小孔數(shù)量只有一個，反應不會過于激烈，處理后可事先放入裝有水的燒杯中進行試驗，確認反應速率不會過快再投入三頸燒瓶中反應。

（3）?需用干燥的鑷子夾取鈉塊。

（4）?生成的NaOH溶液需回收并進行綜合處理。

3??結(jié)論

本實驗設計將肥皂泡的生成和“紅色噴泉”產(chǎn)生等趣味實驗現(xiàn)象作為探究的啟發(fā)點，逐步引導學生通過對實驗現(xiàn)象的觀察與探討，推斷出鈉與水反應的產(chǎn)物，從而獲得鈉與水反應的化學方程式。實驗過程具有明顯的探究性，能夠加深學生對鈉與水反應實質(zhì)的認識，有助于培養(yǎng)學生的化學學科核心素養(yǎng)。該演示實驗設計方案比較符合演示要求，可以為高中化學一線教師在進行鈉與水反應的課堂演示教學時提供參考與借鑒。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.?普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].?南京：江蘇鳳凰教育出版社，?2009：49.

[2]宋心琦主編.?普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].?北京：人民教育出版社，?2004：41～42.

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[5]徐志宏，?周正祥，?李大成.?鈉與水反應實驗的新設計[J].?化學教學，?2016，?（9）：51～53.

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