鈉與水反應實驗教學實錄與反思

宋正華

摘要： 本文通過金屬鈉與水反應的實驗教學，探究“確定金屬鈉密度小于水”的關鍵因素。

關鍵詞： 金屬鈉與水反應實驗教學實錄反思

1.設計思想

金屬鈉與水反應的實驗是認識、學習金屬鈉部分性質的有效途徑，同時也有助于培養學生的觀察、思考和分析解決化學問題能力，因此備受廣大中學教育工作者的關注［１—３］，然而，實驗中由于鈉與水在接觸面反應有氣體產生，由“鈉與水反應時浮在水面上”直接得出“鈉的密度與水的密度大小關系”［4—6］值得商榷，基于此，我進行了實驗探究教學。

2.課前準備

教師、實驗員準備以下相關材料：

（1）藥品、試劑：金屬鈉（綠豆粒大小保存于煤油中）；蒸餾水；酚酞。

（2）實驗儀器、用品：小燒杯；25mL量筒；25mL酸式滴定管；表面皿；鑷子；濾紙。

說明：以上儀器、試劑、用品等各按兩人一套準備，用于學生分組實驗。

3.教學過程

教師：講解實驗要求，組織并指導學生有序進行分組實驗。

學生：分組完成實驗，整理、填寫實驗記錄。

學生：交流所觀察實驗現象和相應的可能原因。

教師：思考、討論“由鈉與水反應時浮在水面上直接得出鈉的密度小于水的密度是否合適”，為什么？

學生：不太合適，因為鈉非常活潑，遇水即在接觸面發生反應產生氣體，氣體對鈉球產生一種向上的推力，鈉處于水面上不完全是水對鈉的浮力大于金屬鈉的重力的原因。

教師：回答得很好，那么我們如何確定金屬鈉的密度小于水呢？

學生：查數據。

教師：影響物質密度的外界條件有哪些？

學生：溫度和壓強。

教師：金屬鈉的密度［７］：20℃，0.971g·cm-3；水的部分密度表：

教師：對于固態物質或液態物質來說，氣壓對其體積影響不大，所查數據未標明氣壓。

［演示實驗］演示20℃的金屬鈉投入到82—85℃的水中反應實驗。現象：金屬鈉投入到水中的瞬間浮于水面非常劇烈的反應，多次實驗最后均發生燃燒。實驗表明，忽略金屬鈉投入到水中瞬間，金屬鈉溫度的變化，盡管當水溫大于82℃時，水的密度小于20℃時金屬鈉的密度，然而金屬鈉投到水中的瞬間并沒有沉于水面以下，證明了金屬鈉與水反應生成氣體對金屬鈉浮于水面的作用。

教師：結合金屬鈉的化學性質，思考精確的金屬鈉密度是如何獲得的呢？

學生：最好在無水、無氧的環境下測定，因為金屬鈉在室溫下容易與水或氧氣發生反應，從而影響金屬鈉的質量、體積的精確測定。

教師：簡單介紹一個無水、無氧條件下的有機實驗裝置，連接的氮氣或氬氣氣球，反應溶劑的無水處理，此實驗對測定金屬鈉的密度有什么啟示？還有哪些不足？

學生：測定金屬鈉的密度可以在氮氣或稀有氣體的氛圍下進行，并對用到的液體進行無水處理；裝置太小，無法將儀器放入進行操作。

教師：展示燒杯、量筒和滴定管。

學生：通過觀察三種儀器的分度值來得知精確度最高的是滴定管。

教師：圖片展示手套箱，介紹手套箱概念，即：手套箱是將高純氮氣或惰性氣體充入箱體內，并循環過濾掉其中的活性物質的實驗室設備，介紹其儀器結構和功能：對O2、H2O及有機氣體的清除，廣泛應用于無水、無氧、無塵的超純環境，操作功能：對溫度、氣壓控制等，講解可以通過煮沸的方法除去溶劑中的氧氣，加入干燥分子篩的方法除去溶劑中的水。

教師：組織學生根據圖示儀器，討論金屬鈉的密度精確測定主要程序。

學生：首先對所用溶劑進行無水、無氧處理，然后將試劑、儀器放入手套箱，通氮氣或稀有氣體，調整溫度為20℃和壓強一個大氣壓，戴上手套進行操作，廣口瓶內取出鈉塊，擦干切去氧化層，放入小燒杯在電子天平（千分之一或萬分之一）上精確稱量，再將鈉塊放入裝有一定量煤油的滴定管中，觀察滴定管內液面變化，計算出鈉塊體積，進而計算出該條件下金屬鈉的密度。

學生：整理本節課收獲：觀察了金屬鈉與水反應現象，認識了金屬鈉的一些物理、化學性質，探究了“確定金屬鈉密度小于水”的關鍵因素，了解了活潑金屬的密度測定可以在手套箱內完成。

4.教學反思

通過金屬鈉與水反應的實驗教學，學生不僅觀察了鈉與水反應的實驗現象，而且探究了“確定金屬鈉密度小于水”的關鍵因素，即需要在同溫同壓下，分別對二者的密度進行測定。結合金屬鈉密度測定的外界影響條件，加深了對金屬鈉的部分化學性質的認識，此探究實驗也有助于理解以后學習中遇到的“盡管金屬鈉密度大于乙醇，然而乙醇與鈉反應的過程中鈉粒會在其中上升”的現象，學生深入思考的態度得到了培養，遺憾的是：首先，沒有查到不同溫度下金屬鈉的密度，所以金屬鈉與82—85℃的水反應演示實驗比較粗略；其次，由于實驗條件有限，學生未能親自在手套箱內完成金屬鈉密度的測定，然而本次探究的意義并非獲得準確的數據結果，而重在深入思考分析的過程與方法。

參考文獻：

［1］葉凱航，陳迪妹，元立亭.鈉與水反應實驗的改進［J］.中學教學參考，2012，（2）：95.

［2］曹廣雪.鈉與水（或無水乙醇）反應實驗的改進［J］.化學教育，2011，（2）：64.

［3］劉文明.鈉與水反應實驗的改進［J］.實驗教學與儀器，2011，（1）：26.

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［5］姚子鵬主編.高級中學課本化學拓展型課程（試用本）［M］.上海：上海科學技術出版社，2009：117.

［6］武漢大學編.無機化學（下冊）［M］.北京：高等教育出版社，1994，第3版，：795.

［7］北京師范大學無機化學教研室等.無機化學.（下冊）.第4版，北京：高等教育出版社，2003：649.