鈉燃燒異?，F象的探究及實驗改進——新課程理念下學生探究活動設計一例

陳 衛 宋曙波

（1江蘇省常州高級中學 江蘇 常州 213003； 2常州外國語學校 江蘇 常州 213017）

新課程倡導逐步實現學生學習方式的轉變，在實踐中學習，促進學生在教師指導下主動地、富有個性地學?；瘜W活動設計既要符合學生的認知水平，又要充分調動學生的主動性。鑒于此，教師就可以通過課堂上動態生成的一些異常的實驗現象作為學生感興趣的載體，通過活動設計，引導學生親自動手進行實驗活動，既能提高學生的科學素養，又能提升教師的專業水平，立足于課標內容創造性地使用教材，開發新的教學資源，體現新課程的理念，促進教師教研能力的發展。

一、活動設計的背景

現行的三套高中化學教材（蘇教版、魯科版、人教版），都設有鈉在空氣中燃燒這一實驗。其中，蘇教版高中《化學1(必修)》(2007年6月第4版)第49頁“觀察與思考”敘述為“［實驗2］將一小塊金屬鈉放在石棉網上加熱，觀察現象”。在課上教師按書本做演示實驗時，實驗中卻發現只有黑色的固體生成。但鈉在空氣中燃燒本應生成淡黃色的固體過氧化鈉，為什么呢？同學們在課上議論紛紛。往往課上動態生成的異?，F象更容易激發同學們的興趣，所以教師適當的引導可以起到很重要的作用，于是課后我們將十分感興趣的同學組成了研究性學習小組，設計實驗方案對鈉燃燒后的物質進行探究。

二、提出假設

研究性學習小組同學在教師的指導下根據鈉在空氣中燃燒的實驗現象，提出了很多假設。

假設1石棉網加熱會變黑；

假設2石棉網與鈉反應生成物為黑色；

假設3鈉上煤油沒有被濾紙除盡，煤油不完全燃燒生成碳附在過氧化鈉上而變黑；

假設4鈉與空氣某種物質反應，生成黑色物質。

查閱大學無機化學相關資料：排除直接與氮氣作用生成氮化鈉的可能，因為氮化鈉是一種非常不穩定的堿金屬氮化物，在75℃以上就會分解為鈉及氮氣；鈉可以與空氣中二氧化碳反應生成碳酸鈉和碳，生成的碳附在過氧化鈉上而變黑。

三、活動用品準備

儀器：鐵架臺、石棉網、蒸發皿、啟普發生器、洗氣瓶、球形干燥管、酒精燈、分液漏斗、圓底燒瓶、鑷子、濾紙

藥品：金屬鈉、碳酸鈣、鹽酸、飽和碳酸氫鈉溶液、濃硫酸、過氧化氫、二氧化錳

四、活動步驟設計

研究性學習小組同學在教師的指導下，針對不同的假設，提出了不同的實驗方案。

假設1石棉網加熱會變黑；

實驗方案1：直接用酒精燈對石棉網加熱。

假設2石棉網與鈉反應，生成物為黑色；

實驗方案2：用蒸發皿代替石棉網作載體做鈉在空氣中燃燒實驗。

假設3鈉上煤油沒有被濾紙除盡，煤油不完全燃燒生成碳附在過氧化鈉上而變黑；

實驗方案3：從煤油中取出較大的鈉塊，用濾紙吸干表面的煤油并用小刀切除表面氧化層，在蒸發皿中做鈉在空氣中燃燒實驗。

假設4鈉與空氣中二氧化碳反應生成黑色物質碳；

實驗方案4：按下圖搭好裝置，將一小塊用濾紙吸干表面煤油并用小刀切除表面氧化層的黃豆粒大小的金屬鈉在二氧化碳氛圍中做鈉與二氧化碳的反應。

五、現象與分析

實驗方案1現象：直接用酒精燈對石棉網加熱，石棉網沒有變黑。排除假設1石棉網加熱會變黑。

實驗方案2現象：在蒸發皿中鈉劇烈燃燒發現幾乎只有黑色物質生成。排除假設2石棉網與鈉反應，生成物為黑色。

實驗方案3現象：加熱片刻，鈉開始熔化成一個銀灰色的小球，小球表面出現一層黑色薄膜；稍后薄膜破裂，液態鈉流出，并迅速燃燒，火焰為黃色。冷卻到室溫時，生成的淡黃色固體周圍有少量的黑色物質。

現象說明：如果鈉上煤油沒有被濾紙除盡，煤油不完全燃燒生成碳，附在過氧化鈉表面上而使整個固體生成物變黑是使實驗現象反常的主要因素，但仍然有少量黑色物質需探究。

實驗方案4現象：鈉熔化成小球，表面有一層灰白色的薄膜；稍后薄膜破裂，銀白色的液態鈉迅速流出并劇烈地燃燒，火焰為黃色，瓶中充滿白煙。 反應結束冷卻到室溫時，燒瓶底部有較多的黑色固體物質，瓶壁上附滿白色粉末，但無淡黃色固體生成。

現象說明：鈉可以與二氧化碳反應生成碳酸鈉和碳。鈉在空氣中燃燒時，因為二氧化碳含量比較低，所以會生成少量黑色固體碳。 這個方案很好說明了方案3中少量黑色物質的生成。

六、鈉燃燒實驗的改進

通過觀察到的上述實驗現象，同學們綜合多種因素提出了實驗的改進方案：（1）鈉塊應該用濾紙吸干表面煤油，并用小刀切除表面氧化膜；（2）實驗過程中應該避免同二氧化碳接觸，所以最好在純氧氣氛圍中做鈉燃燒實驗?；谏鲜龅目紤]，同學們設計了如下圖的裝置。

實驗操作：⑴按圖所示搭好裝置，先用藥匙把二氧化錳放入圓底燒瓶底部，過氧化氫加入分液漏斗中。⑵用鑷子取一塊金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油，用刀切除表面氧化膜，再用鑷子夾住，放入球形干燥管中。⑶通過分液漏斗將過氧化氫加入二氧化錳中產生氧氣，持續通氧氣一段時間，再給球形干燥管加熱，當鈉熔成小球時并開始劇烈燃燒，停止加熱，仍持續通入一段時間的氧氣。

實驗現象：鈉熔成小球，劇烈燃燒，球形干燥管口發出黃色的火焰，冷卻到室溫球形干燥管中出現淡黃色的固體，沒有黑色物質生成。

七、活動的意義

“研究性學習”是新課程所倡導的一種學習方式，具有開放性、綜合性、實驗性、生成性等特點?；谡n堂動態生成的異?，F象開展的研究性學習更能激發學生的學習興趣，同學們在整個研究性學習過程中，不僅學會了查找相關資料，提出問題，解決問題，而且基于前面的結論不斷將方案進行改進，最終提出了最優的實驗方案，變學生被動式學習為主動學習。整個研究性學習過程中學生用自己的腦子去思考、去篩選材料、去決定研究的方向，這其中的收獲比僅僅知道教科書上已經闡明的知識更有價值。

［1］ 中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學課程標準（實驗）［S］.北京：人民教育出版社，2002

［2］張曉，丁成云.研究性學習的重要途徑——化學實驗［J］.中學化學教學參考， 2009，（4）