鈉燃燒異常現(xiàn)象的探究及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)——新課程理念下學(xué)生探究活動(dòng)設(shè)計(jì)一例

陳 衛(wèi) 宋曙波

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

新課程倡導(dǎo)逐步實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生在教師指導(dǎo)下主動(dòng)地、富有個(gè)性地學(xué)?；瘜W(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)既要符合學(xué)生的認(rèn)知水平，又要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。鑒于此，教師就可以通過課堂上動(dòng)態(tài)生成的一些異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為學(xué)生感興趣的載體，通過活動(dòng)設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，既能提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，又能提升教師的專業(yè)水平，立足于課標(biāo)內(nèi)容創(chuàng)造性地使用教材，開發(fā)新的教學(xué)資源，體現(xiàn)新課程的理念，促進(jìn)教師教研能力的發(fā)展。

一、活動(dòng)設(shè)計(jì)的背景

現(xiàn)行的三套高中化學(xué)教材（蘇教版、魯科版、人教版），都設(shè)有鈉在空氣中燃燒這一實(shí)驗(yàn)。其中，蘇教版高中《化學(xué)1(必修)》(2007年6月第4版)第49頁“觀察與思考”敘述為“［實(shí)驗(yàn)2］將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，觀察現(xiàn)象”。在課上教師按書本做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)中卻發(fā)現(xiàn)只有黑色的固體生成。但鈉在空氣中燃燒本應(yīng)生成淡黃色的固體過氧化鈉，為什么呢？同學(xué)們在課上議論紛紛。往往課上動(dòng)態(tài)生成的異常現(xiàn)象更容易激發(fā)同學(xué)們的興趣，所以教師適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)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(xué)組成了研究性學(xué)習(xí)小組，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對鈉燃燒后的物質(zhì)進(jìn)行探究。

二、提出假設(shè)

研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在教師的指導(dǎo)下根據(jù)鈉在空氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出了很多假設(shè)。

假設(shè)1石棉網(wǎng)加熱會變黑；

假設(shè)2石棉網(wǎng)與鈉反應(yīng)生成物為黑色；

假設(shè)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(shè)4鈉與空氣某種物質(zhì)反應(yīng)，生成黑色物質(zhì)。

查閱大學(xué)無機(jī)化學(xué)相關(guān)資料：排除直接與氮?dú)庾饔蒙傻c的可能，因?yàn)榈c是一種非常不穩(wěn)定的堿金屬氮化物，在75℃以上就會分解為鈉及氮?dú)?；鈉可以與空氣中二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和碳，生成的碳附在過氧化鈉上而變黑。

三、活動(dòng)用品準(zhǔn)備

儀器：鐵架臺、石棉網(wǎng)、蒸發(fā)皿、啟普發(fā)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(dòng)步驟設(shè)計(jì)

研究性學(xué)習(xí)小組同學(xué)在教師的指導(dǎo)下，針對不同的假設(shè)，提出了不同的實(shí)驗(yàn)方案。

假設(shè)1石棉網(wǎng)加熱會變黑；

實(shí)驗(yàn)方案1：直接用酒精燈對石棉網(wǎng)加熱。

假設(shè)2石棉網(wǎng)與鈉反應(yīng)，生成物為黑色；

實(shí)驗(yàn)方案2：用蒸發(fā)皿代替石棉網(wǎng)作載體做鈉在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)。

假設(shè)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(shí)驗(yàn)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(fā)皿中做鈉在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)。

假設(shè)4鈉與空氣中二氧化碳反應(yīng)生成黑色物質(zhì)碳；

實(shí)驗(yàn)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(yīng)。

五、現(xiàn)象與分析

實(shí)驗(yàn)方案1現(xiàn)象：直接用酒精燈對石棉網(wǎng)加熱，石棉網(wǎng)沒有變黑。排除假設(shè)1石棉網(wǎng)加熱會變黑。

實(shí)驗(yàn)方案2現(xiàn)象：在蒸發(fā)皿中鈉劇烈燃燒發(fā)現(xiàn)幾乎只有黑色物質(zhì)生成。排除假設(shè)2石棉網(wǎng)與鈉反應(yīng)，生成物為黑色。

實(shí)驗(yàn)方案3現(xiàn)象：加熱片刻，鈉開始熔化成一個(gè)銀灰色的小球，小球表面出現(xiàn)一層黑色薄膜；稍后薄膜破裂，液態(tài)鈉流出，并迅速燃燒，火焰為黃色。冷卻到室溫時(shí)，生成的淡黃色固體周圍有少量的黑色物質(zhì)。

現(xiàn)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(gè)固體生成物變黑是使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象反常的主要因素，但仍然有少量黑色物質(zhì)需探究。

實(shí)驗(yàn)方案4現(xiàn)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(tài)鈉迅速流出并劇烈地燃燒，火焰為黃色，瓶中充滿白煙。 反應(yīng)結(jié)束冷卻到室溫時(shí)，燒瓶底部有較多的黑色固體物質(zhì)，瓶壁上附滿白色粉末，但無淡黃色固體生成。

現(xiàn)象說明：鈉可以與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和碳。鈉在空氣中燃燒時(shí)，因?yàn)槎趸己勘容^低，所以會生成少量黑色固體碳。 這個(gè)方案很好說明了方案3中少量黑色物質(zhì)的生成。

六、鈉燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

通過觀察到的上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)們綜合多種因素提出了實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案：（1）鈉塊應(yīng)該用濾紙吸干表面煤油，并用小刀切除表面氧化膜；（2）實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)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(shí)驗(yàn)。基于上述的考慮，同學(xué)們設(shè)計(jì)了如下圖的裝置。

實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生氧氣，持續(xù)通氧氣一段時(shí)間，再給球形干燥管加熱，當(dāng)鈉熔成小球時(shí)并開始劇烈燃燒，停止加熱，仍持續(xù)通入一段時(shí)間的氧氣。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鈉熔成小球，劇烈燃燒，球形干燥管口發(fā)出黃色的火焰，冷卻到室溫球形干燥管中出現(xiàn)淡黃色的固體，沒有黑色物質(zhì)生成。

七、活動(dòng)的意義

“研究性學(xué)習(xí)”是新課程所倡導(dǎo)的一種學(xué)習(xí)方式，具有開放性、綜合性、實(shí)驗(yàn)性、生成性等特點(diǎn)?；谡n堂動(dòng)態(tài)生成的異常現(xiàn)象開展的研究性學(xué)習(xí)更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同學(xué)們在整個(gè)研究性學(xué)習(xí)過程中，不僅學(xué)會了查找相關(guān)資料，提出問題，解決問題，而且基于前面的結(jié)論不斷將方案進(jìn)行改進(jìn)，最終提出了最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案，變學(xué)生被動(dòng)式學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。整個(gè)研究性學(xué)習(xí)過程中學(xué)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(jīng)闡明的知識更有價(jià)值。

［1］ 中華人民共和國教育部制訂.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）［S］.北京：人民教育出版社，2002

［2］張曉，丁成云.研究性學(xué)習(xí)的重要途徑——化學(xué)實(shí)驗(yàn)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2009，（4）