鈉在空氣中燃燒實驗的探究

摘要：分析探究了鈉在空氣中燃燒實驗產物“淡黃色固體生成較少，黑色固體生成較多”這一現象的原因，并提出了改進方案。

關鍵詞：鈉的燃燒；實驗探討；化學實驗教學

文章編號：1005－6629(2012)1－0047－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

蘇教版《化學》(必修1)教材第49頁有關鈉在空氣中的燃燒實驗，是將用濾紙吸干表面煤油的一小塊鈉放在石棉網上用酒精燈加熱，讓鈉熔化、燃燒，證明產物為淡黃色的Na₂O₂。在實際實驗過程中，盡管選擇了新的石棉網并盡可能地吸干了鈉表面的煤油，可是實驗現象始終不理想，生成的固體以黑色物質居多，隱約有些淡黃色固體出現。作為演示實驗，現象不明顯，顯然缺乏說服力，會直接影響教學效果。為此，筆者對該實驗作了深入的研究，并對以上實驗現象作了成因分析，改進了實驗裝置，取得了較好的實驗效果。

1 黑色固體產生原因的探究

在石棉網上進行金屬鈉燃燒實驗，對產生黑色物質這一現象，曾有不少教師認為是由于鈉的還原性強，當鈉耗氧時，局域內氧氣濃度很小，煤油不充分燃燒形成炭黑所致。筆者認為，黑色物質不單是煤油不充分燃燒引起的，產生的主要原因可能是：用酒精燈作為熱源，一方面，酒精不充分燃燒形成很細小的炭黑顆粒易滲過石棉，導致受熱處的石棉變黑；另一方面，酒精燃燒致使局域內二氧化碳的濃度較大，一部分金屬鈉與二氧化碳發生反應生成了炭黑。針對以上假設，筆者做了3個實驗進行驗證：

[實驗1]用一個新的石棉網在電爐上加強熱，發現白色石棉沒有明顯的變化。說明石棉本身在加強熱時不會變黑。

[實驗2]用一個新的石棉網在酒精燈火焰上加強熱，發現受熱處白色石棉慢慢發黑。其原因是酒精燈中酒精不充分燃燒形成細小的炭黑，滲入石棉所致。

[實驗3]在燃燒匙中放人_小塊用濾紙吸干表面煤油的金屬鈉，在酒精燈上點燃；當開始燃燒時，立即伸入盛有二氧化碳的集氣瓶中，發現鈉能繼續劇烈燃燒，冒白煙，瓶壁上有大量白色物質和少量黑色物質生成，燃燒匙中也有白色物質和黑色物質生成。說明鈉與二氧化碳反應生成氧化鈉和炭。

2淡黃色固體不多原因的探究

鈉在空氣中燃燒，產生淡黃色固體不多的原因有二：一是鈉本身的用量較少；二是鈉在空氣中劇烈燃燒，許多Na₂O₂以煙的形式分散在空氣中，那么，留在石棉網上的淡黃色固體自然就少了。對照實驗驗證如下：

[實驗1]取黃豆粒大的一小塊鈉，用濾紙吸干表面煤油，放在新的石棉網上用酒精燈加熱，直至燃燒結束，再移去酒精燈。

[實驗2]取黃豆大粒的一小塊鈉，用濾紙吸干表面煤油，放在新的石棉網上用酒精燈加熱，當鈉燃燒時，馬上移去酒精燈。

[實驗3]取比黃豆大一倍的小塊鈉，用濾紙吸干表面煤油，放在新的石棉網上用酒精燈加熱，當鈉燃燒時，馬上移去酒精燈。

實驗現象：實驗1比實驗2燃燒更劇烈，散發到空氣中的煙更多，留在石棉網上的淡黃色固體更少；實驗3比實驗2燃燒更劇烈，但留在石棉網上的淡黃色固體卻更多。

根據以上實驗結果可知，要使鈉在空氣中燃燒，避免產生黑色固體，有明顯淡黃色固體生成的關鍵有3點：①金屬鈉不能放在石棉網上加熱，應放在不能滲透炭黑的儀器上加熱，同時要保證鈉與空氣充分接觸；②鈉燃燒以后迅速移開酒精燈，以免鈉燃燒過于劇烈，盡可能減少燃燒產物的散逸；③為了能使現象明顯，看到更多的淡黃色固體，鈉塊應適當大點(黃豆粒大小)。

3 實驗改進

3.1 實驗裝置

利用實驗室中的硬質玻璃管或破試管，裝配成圖2所示的裝置來做鈉在空氣中燃燒的實驗。

3.2 實驗步驟及現象

(1)按圖2所示連接好實驗裝置，并在硬質玻璃管或破試管中放入一塊黃豆粒大小的用濾紙吸干煤油的金屬鈉。

(2)用酒精燈的外焰對準鈉塊在玻璃管外面加熱，當鈉燃燒時，立即移去酒精燈，并熄滅酒精燈。

(3)觀察玻璃管內的鈉安靜燃燒，并產生大量淡黃色的煙。反應結束后，有較多量的淡黃色固體生成。見圖3所示。

該設計具有裝置簡單、操作方便、現象明顯和廢物可利用等優點。

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(必修1)[M]，南京：江蘇教育出版社，2009