鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

徐志宏 周正祥 李大成

摘要：在分析已有的鈉與水反應(yīng)氣態(tài)產(chǎn)物檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，通過(guò)自制教具設(shè)計(jì)出更安全、更簡(jiǎn)約、操作更簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)新方案。新方案有原材料來(lái)源廣泛、成本低廉、制作和攜帶方便、現(xiàn)象明顯、成功率高等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)實(shí)踐過(guò)程還能引導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)和提升學(xué)科能力。

關(guān)鍵詞：鈉與水反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；自制教具

文章編號(hào)：1005–6629（2016）9–0051–03 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

新課程要求“開(kāi)展以實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)”，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)科能力和創(chuàng)新精神。金屬及其重要化合物不僅是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，而且也是落實(shí)這一要求的良好載體。普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）[1]要求，“根據(jù)生產(chǎn)、生活的應(yīng)用實(shí)例或通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解鈉、鋁、鐵、銅等金屬及其重要化合物的主要性質(zhì)，能列舉合金材料的重要應(yīng)用”。因此，在現(xiàn)行教材的基礎(chǔ)上補(bǔ)充和改進(jìn)鈉與水反應(yīng)氣態(tài)產(chǎn)物的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，能夠加深學(xué)生對(duì)鈉等活潑金屬性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科能力和創(chuàng)新精神。

1 課題研究現(xiàn)狀介紹

為了幫助學(xué)生消除鈉與水反應(yīng)的氣態(tài)產(chǎn)物是氫氣還是氧氣的疑惑，完整體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，教材編寫(xiě)人員和教師也做過(guò)不少嘗試，設(shè)計(jì)出一些實(shí)驗(yàn)方案。

方案1 在圖1[2]所示裝置中，用刺有小孔的鋁箔包裹小鈉塊，然后用鑷子夾住放在試管口下面，采用排水法收集氣體。反應(yīng)結(jié)束后，取出試管，用爆鳴法檢驗(yàn)氣體是否為氫氣。

方案2 在圖2[3]所示裝置中，先在礦泉水瓶中裝大半瓶水，然后用手?jǐn)D壓至水面接近瓶口，迅速將扎有小鈉塊的橡膠塞塞進(jìn)瓶口。反應(yīng)結(jié)束后，取下塞子，迅速用爆鳴法檢驗(yàn)氣體是否為氫氣。

方案3 在圖3[4]所示裝置中，在帶玻璃尖管的橡膠塞上，插一根大頭針，扎一小塊鈉，塞到注射器針筒上口。打開(kāi)彈簧夾，向漏斗中注入滴加有酚酞試液的水，調(diào)節(jié)漏斗高度。在水與鈉接觸的瞬間，迅速關(guān)閉彈簧夾，固定漏斗。反應(yīng)結(jié)束后，點(diǎn)燃收集的氣體，并在火焰上方罩一個(gè)干冷的小燒杯檢驗(yàn)氣體是否為氫氣。

方案4 在圖4[5]所示裝置中，在U形管左端連接去底的倒置小礦泉水瓶，右端連接堿式滴定管下端的控制部件。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先向U形管中注入滴有酚酞的水，至右側(cè)液面剛好與管口齊平。再用固定在橡膠塞上的細(xì)針扎住鈉塊，迅速塞住右側(cè)管口。反應(yīng)結(jié)束后，擠壓玻璃小球，用點(diǎn)燃法檢驗(yàn)氣體是否為氫氣。

方案5 在圖5[6]所示裝置中，先向礦泉水瓶中加入50mL煤油，然后加入邊長(zhǎng)為0.5cm的鈉塊，塞上帶有漏斗和導(dǎo)氣管的雙孔橡膠塞。再通過(guò)漏斗向瓶中加入滴有酚酞的水，直至瓶中氣體排盡，關(guān)閉活塞。當(dāng)漏斗中溶液接近盛滿時(shí)，打開(kāi)活塞，用點(diǎn)燃法檢驗(yàn)氣體是否為氫氣。

五個(gè)方案都能收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，并且進(jìn)行檢驗(yàn)。但是也存在一些問(wèn)題，具體情況見(jiàn)表1。

分析上表，可以得出進(jìn)一步改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思路：第一，應(yīng)該選擇具有較大反應(yīng)空間的反應(yīng)容器，并且排盡裝置中的空氣，讓氣體和熱量迅速釋放出來(lái)，確保實(shí)驗(yàn)安全。第二，優(yōu)化排水方法，是關(guān)系裝置簡(jiǎn)化程度的主要因素，方案1的思路值得繼承。第三，鈉與水接觸操作的簡(jiǎn)便性，是提高實(shí)驗(yàn)成功率的關(guān)鍵因素，方案4的方法值得借鑒。第四，由于該實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有產(chǎn)生其他可燃?xì)怏w的可能性，所以爆鳴法是此處檢驗(yàn)氫氣的最好方法，方案1、2的方法值得保留。

2 新設(shè)計(jì)方案介紹

基于以上分析，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入研究。經(jīng)過(guò)多次嘗試，設(shè)計(jì)出一個(gè)更簡(jiǎn)單、更方便、高成功率的實(shí)驗(yàn)方案。

2.1 儀器及用品

鑷子、小刀、濾紙、鈉、水、酚酞試液、儀器A、儀器B、儀器C

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置及其制作

儀器A是反應(yīng)前固定鈉塊的儀器。可用鉗子截去大頭針的頂端，將剩余部分戳入橡膠塞中制成。

儀器B是排水收集氣體的容器。可用剪刀截取飲料瓶頂端6～7cm高的瓶頸部分制成。

儀器C是接受排出液體的容器。可用剪刀截取飲料瓶底端7～8cm高的瓶底部分制成。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟及現(xiàn)象

（1）將儀器B放入儀器C中，加水至液面離儀器B上邊緣1cm左右，滴加1～2滴酚酞試液，攪拌均勻。

（2）用小刀切取綠豆或黃豆大的鈉塊，用濾紙吸干鈉塊表面的煤油。

（3）用儀器A上的大頭針，輕輕扎住鈉塊，迅速塞到儀器B的上口。此時(shí)可以觀察到鈉塊熔成球狀，在儀器B中四處游動(dòng)。儀器B上端逐漸出現(xiàn)一段無(wú)色氣柱，液面不斷下降，液體逐漸變成紅色。

（4）反應(yīng)結(jié)束后，輕輕提起儀器A，平移至酒精燈火焰?zhèn)让妗?/p>

（5）迅速將儀器B的下口向斜上方翻轉(zhuǎn)。此時(shí)可以聽(tīng)到非常明顯的爆鳴聲，火焰同時(shí)迅速偏移。

2.4 實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)

（1）飲料瓶要選無(wú)色透明的，瓶體最好無(wú)花紋。

（2）儀器C可以用燒杯代替，最好比儀器B高1cm左右，避免反應(yīng)中液體溢出。

（3）向儀器B中加水時(shí)，以液面與橡膠塞下邊緣剛好接觸為宜。

2.5 新實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）原材料來(lái)源廣泛，成本低廉，制作簡(jiǎn)單。

（2）裝置簡(jiǎn)約、小巧，攜帶方便，可以反復(fù)使用。

（3）操作簡(jiǎn)單，安全可靠，不僅可以應(yīng)用于教師演示，而且可以用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

（4）現(xiàn)象明顯，成功率近100%。在移動(dòng)儀器B的過(guò)程中，由于有空氣進(jìn)入形成爆鳴氣體，點(diǎn)燃時(shí)爆鳴聲很響，教室的每個(gè)角落均能清晰聽(tīng)到。

3 結(jié)語(yǔ)

改進(jìn)后增加了鈉與水反應(yīng)所得氣體產(chǎn)物的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造了動(dòng)手機(jī)會(huì)，加深了對(duì)金屬主要性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。初步嘗試了基于已有理論進(jìn)行大膽預(yù)測(cè)、細(xì)心求證的學(xué)習(xí)方法，有助于深化對(duì)氧化還原反應(yīng)等原理、規(guī)律的理解，逐步養(yǎng)成主動(dòng)運(yùn)用規(guī)律、原理解決實(shí)際問(wèn)題的習(xí)慣，有利于學(xué)科能力的形成。引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)了科學(xué)探究的基本過(guò)程，滲透了創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有助于逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部制定.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，2003：11.

[2]人民教育出版社化學(xué)室編著.全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(shū)·化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2000：29～30.

[3]人民教育出版社化學(xué)室編.高級(jí)中學(xué)課本·化學(xué)（第一冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，1995：100～101.

[4]陳彥國(guó).金屬鈉與水反應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000，13（1）：31～32.

[5][8]向太平.檢驗(yàn)鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教育，2006，（6）：56～57.

[6] 葉永謙.鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)[J].福建教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（2）：47～48.

[7] 吳林冬，黃慶珊.鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的安全性改進(jìn)[J].黔東南民族師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2006，24（6）：36～37.