鈉燃燒實驗的顯性化改進

梁衛東

摘要：鈉在空氣中的燃燒實驗，正常情況下應是能觀察到淡黃色火焰的產生，同時有固體生成.但在實際的實驗過程中，經常發現有其他顏色的雜質產生，導致實驗結果不準確、可靠，對學生理解與分析實驗現象產生不利影響.本文主要分析鈉燃燒實驗的顯性化改進，以提高燃燒實驗結果的可靠性.

關鍵詞：鈉燃燒實驗改進

在高中化學課程中，涉及的化學實驗較多，其中鈉的燃燒實驗即是化學課程中的重要部分，也是學生必修的實驗中的一部分.與其他實驗相比，這一實驗的操作方法比較簡單，容易實施.但是，實驗結果卻不一定與理論實驗的結果相同，甚至大相徑庭.按照基本的實驗要求進行操作，容易導致實驗最終產生的火焰與固體中都含有少量的雜質.這樣的結果，不利于學生對實驗的分析與解釋.

一、鈉燃燒實驗產生的煙霧雜質及實驗改進

鈉的燃燒會有淡黃色的火焰以及同色的固體產生，但在許多實驗中，都產生白色的雜質.白色雜質產生的原因，是由于鈉的燃燒物與氧氣的濃度以及實驗環境的溫度等有一定的聯系.在溫度較低的環境或氧氣不充足的條件下，實驗會生成氧化鈉，氧化鈉在400℃的環境下，可能進行分解并生成過氧化鈉.同時，過氧化鈉在實驗溫度達到460℃時，也會熔化最終分解.綜合以上分析，可以得出白色煙霧即雜質是氧化鈉.為了避免在燃燒過程中該雜質的生成，必須將實驗溫度控制在400～460℃之間.這是鈉燃燒實驗進行改進的關鍵方向.同時，需要掌握鈉在實驗過程中的燃燒程度，不能過分燃燒，也不能燃燒時間不足，火候的掌握十分重要.

二、鈉燃燒實驗產生的固體雜質及實驗改進

根據對已有的實驗結果的觀察與分析，結合相關資料，大致可得出導致固體雜質產生的原因.一是燃燒過程中附有煤油，煤油的燃燒不充分，其產物CO2與鈉發生反應能生成固體碳，也就是實驗中的黑色物質.二是空氣中的CO2與鈉發生了反應，生成了固體碳.三是鈉本身含有部分雜質，即鐵元素，在燃燒之后生成了四氧化三鐵.四是石棉網等實驗器材的材料可能對實驗產生一定的影響.五是酒精燃燒之后產生了CO2，其穿過石棉網與鈉發生了化學反應，最終生成了固體碳.針對這一雜質進行的實驗改進，可根據不同的情況進行處理.第一，為了解決煤油附著的問題，可在燃燒之前對鈉進行處理，使用濾紙吸取其表面的煤油，再刮去其表層物質，選擇一塊質地較純的鈉塊放入反應器，采用酒精燈進行加熱，以盡量清除其表面的煤油，最后進行燃燒實驗.第二，理論上講，應將實驗隔絕空氣.實際上，空氣中CO2含量非常低，對實驗雜質產生的影響力比較小，可暫時忽略.第三，通過資料以及調研發現，鈉中含有的鐵元素的含量大約在0.002%左右，含量較低.若是由于這一原因，難以在最后的實驗結果中產生較為明顯的雜質，因此該項也可暫時忽略.第四，針對最后兩個因素，主要是由于實驗器材的影響造成的.因此，可在實驗之前對參與燃燒的實驗器材進行處理或更換，如用磁坩堝代替石棉網，即可排除這兩個因素對實驗結果的影響.

三、改進實驗裝置

對鈉燃燒實驗進行改進，可以采取改善實驗裝置的方法，便于實驗觀察者能夠清晰地看到燃燒后最終生成淡黃色的過氧化鈉，其改進的原理是增強實驗設備的性能，減少黑色物質的干擾，并增大實驗中的氧氣含量.例如，改進后的實驗器材主要有酒精燈、玻璃管、玻璃棒、濾紙、凹形玻璃片、洗氣瓶、鐵架臺以及分液漏斗等實驗裝置，請寫出改進后的實驗過程.實驗過程主要有：做好準備工作，檢查實驗裝置的氣密性，避免設備破損導致實驗的失敗；用藥匙將二氧化錳放入錐形瓶底部，并將過氧化氫溶液裝在分液漏斗中；取小塊金屬鈉，用濾紙吸干煤油，去除掉金屬鈉表面的氧化物，將其放在凹形玻璃片上；打開分液漏斗旋塞，使過氧化氫與二氧化錳進行反應產生氧氣并讓其通氧一段時間；點燃酒精燈，加熱玻璃管，當金屬鈉溶成小球燃燒時停止加熱；通入氧氣；實驗結束，清洗、整理儀器.實驗現象是金屬鈉小球在劇烈燃燒后玻璃管中留下淡黃色的塊狀的固態結晶體，并沒有黑色物質生成.

總之，鈉的燃燒實驗是高中化學實驗課程的重要組成部分，正確的實驗結果對學生的實驗分析有著直接的影響.對實驗設計方案進行改進，不僅能有效避免燃燒實驗過程中雜質的產生，還能培養學生養成嚴謹的實驗操作意識以及科學的實驗意識等.

參考文獻

王海麗，王世存.金屬鈉燃燒實驗的顯性化改進[J].中小學實驗與裝備，2016，02.

譚力，李詩媛，李偉等.循環流化床高濃度富氧燃燒實驗研究[J].中國電機工程學報，2014，05.