鈉與水反應實驗的創(chuàng)新設計

伍強+方娟+蔡益

摘要：分析了教材中用爆鳴法和一線教師用點燃法來檢驗鈉與水反應牛成氫氣的實驗方案，指出了這些實驗方案存在的不足之處。利用鈉塊浸沒在水中需0.5～ls時間才熔化的性質(zhì)，設計了安全可行、裝置簡單、操作簡便和成功率高的爆鳴法和點燃法檢驗氫氣的實驗方案。通過改進后的教學，學牛能更好地領(lǐng)悟鈉與水反應的原理，了解實驗安全常識，從而提升教學效果。

關(guān)鍵詞：鈉與水反應；氫氣檢驗；爆鳴法；點燃法；創(chuàng)新設計

文章編號：1005-6629（2017）8-0073-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

將鈉塊投入盛有水的燒杯中，鈉與水反應發(fā)出嘶嘶聲，不可依此現(xiàn)象斷定生成了氫氣，須收集氣體做爆鳴試驗或點燃試驗。鈉與水反應的實驗有時會發(fā)生爆炸或燃燒，如果在空氣氛圍的封閉容器中進行實驗，就會引發(fā)氫氣的爆炸，結(jié)果不堪設想。因此教材和教師一直在探討安全可行和成功率高的檢驗鈉與水反應生成氫氣的實驗方案。

1爆鳴法檢驗鈉與水反應生成的氫氣

用爆鳴法來檢驗鈉與水反應生成的氫氣，以往人教版有多種實驗方案，而現(xiàn)行人教版卻未提及氫氣的檢驗。

（1）《高級中學·化學》的實驗方案：實驗裝置如圖l所示。用鋁箔包好一小塊鈉，并在鋁箔上刺些小孔，用鑷子夾住，放在試管口下面，用排水法收集氣體。小心地取出試管，移近火焰，檢驗試管里是不是收集了氫氣。此實驗方案存在的不足之處為：實驗發(fā)生爆炸的幾率較高，爆炸時會炸裂鋁箔層。

（2）《全日制普通高級中學教科書·化學（試驗修訂本）》的實驗方案：實驗的裝置如圖2所示。在一個空塑料瓶中加入約3/4體積的水，用手擠壓瓶子，使水面上升至近瓶口，然后塞上用大頭針固定金屬鈉塊的塞子，倒置塑料瓶。待反應完全后，檢驗鈉與水反應所生成的氣體。此實驗方案存在的不足之處為：實驗的操作要領(lǐng)難以掌握，實驗成功率相對較低。

（3）《全日制普通高級中學教科書·化學》再一次采用了《高級中學·化學》的實驗方案，可見此實驗方案相對較好。

（4）《普通高中課程標準實驗教科書·化學1》沒有設計檢驗鈉與水反應生成氫氣的實驗方案。教科書留給教師較大的創(chuàng)造空間，使教師在實踐中能充分發(fā)揮教學的主動性和創(chuàng)造性。

筆者嘗試沿用排水法收集氫氣的方法，簡化了加鈉塊的方法，設計了操作更加簡便的實驗方案。

1.1實驗裝置的設計

設計的實驗裝置如圖3所示，用鐵架臺和鐵夾固定試管，使試管口邊緣浸入水面下1—2cm處。

1.2實驗操作、現(xiàn)象和結(jié)論

將盛滿水的試管（50mL）倒置在水槽中，如圖3所示固定試管。用坩堝鉗夾住一小塊鈉（約0.03—0.04g，使生成氫氣的體積約占試管體積的2/7），將鈉塊快速送至試管口下面。鈉與水反應，鈉塊熔化并脫離坩堝鉗上浮至試管內(nèi)水面。待反應完全后取出試管，塞上橡皮塞。待試管中氣體充分混合后打開塞子，移近火焰，產(chǎn)生爆鳴聲，證實生成的氣體是氫氣。

2點燃法檢驗鈉與水反應生成的氫氣

用點燃法來檢驗鈉與水反應生成的氫氣，一線教師有深入的研究。在全國第十二屆實驗教學創(chuàng)新研討會上，四川省譚文生老師展示“鈉與水反應實驗創(chuàng)新設計”的作品，得到了評委組肯定。

設計的實驗裝置如圖4所示。拔出推棒，取小塊鈉，將鈉捏成棒狀（直徑略大于推棒的直徑），插入橡皮塞孔中，再插入推棒。向廣口瓶加水至瓶口，再滴加酚酞，塞緊橡皮塞，關(guān)閉彈簧夾和活塞開關(guān)。下壓推棒將鈉壓入水中，鈉與水反應，溶液變紅色，具有透氣孔的燒瓶中產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象。反應結(jié)束，打開彈簧夾和活塞開關(guān)，點燃氣體。

實驗操作簡便，現(xiàn)象生動，設計新穎，趣味性強，但做這樣一套精致的實驗裝置耗時不少，還要多次練習實驗操作，才能較好地完成實驗的展示。

筆者嘗試沿用排水法收集氣體的方法，簡化了加鈉塊的方法，設計了操作簡便的實驗方案。

2.1實驗裝置的設計

設計的實驗裝置如圖5所示，取200～300mL透明的塑料瓶，剪去底部。在橡皮塞中打一小孔，插入玻璃管，再接橡皮管（夾上彈簧夾）和注射針（剪去尖端部位）。用鐵架臺和鐵夾固定塑料瓶，使塑料瓶下邊緣浸入水面下2～3cm處。（注：在玻璃管下端口塞進小口徑的塑料管，這樣在關(guān)閉彈簧夾情況下，若裝置浸沒在水中水也不會進入玻璃管中，以便在實驗時打開彈簧夾氫氣能順暢放出。）

2.2實驗操作、現(xiàn)象和結(jié)論

關(guān)閉彈簧夾，將塑料瓶側(cè)臥并浸沒在水中，排出塑料瓶中空氣，如圖5所示固定塑料瓶。用坩堝鉗夾住一小塊鈉，將鈉塊快速送至塑料瓶口下面。鈉與水反應，鈉塊熔化并脫離坩堝鉗上浮至塑料瓶內(nèi)水面。待反應完全后將塑料瓶下移（盡可能沒入水中）固定。打開彈簧夾，點燃氣體，氣體燃燒，證實生成的氣體是氫氣。

2.3注意事項

有研究者對鈉與水反應做了如下試驗：“當水溫為23—27℃時，向盛有250mL水的500mL燒杯中，投入金屬鈉0.25g三次，一次爆炸，0.20g五次，一次爆炸……”，由此得出結(jié)論：“室溫下，在燒杯中做鈉與水反應的實驗，鈉的安全用量（不發(fā)生爆炸）在0.07g以下”。筆者用新設計的實驗裝置，取用0.20～0.50g鈉塊進行了多次實驗。當鈉塊粘附在塑料瓶內(nèi)壁上，再搖動塑料瓶使鈉塊與水反應，偶爾也會發(fā)生爆炸。鈉與水反應總有潛在爆炸的可能性，因此實驗須注意如下事項。

（1）熔化的鈉塊有時會粘附在塑料瓶的內(nèi)壁上，致使較薄的瓶壁破裂，因此宜選用耐溫壁厚的塑料熱水瓶或塑料奶瓶等（耐溫在120℃以上），不可選用普通的礦泉水瓶。

（2）為了降低熔化的鈉塊粘附在塑料瓶內(nèi)壁上的幾率，可在塑料瓶的內(nèi)壁表面預先涂上一層薄的食用植物油。

（3）為確保實驗安全，應取用干凈的鈉塊，每次投入鈉塊的質(zhì)量在0.10—0.20g為宜。

3實驗設計的思考

3.1安全性分析

新設計的2個實驗都是在“半封閉”的反應容器中進行，鈉都是在純氫氣氛圍中與水發(fā)生反應，即使鈉與水反應發(fā)生輕微的爆炸也不會引發(fā)氫氣的爆炸，因此相對安全。

3.2可行性分析

實驗測試，用坩堝鉗夾住一小塊鈉，將鈉塊浸沒在水中，需0.5—ls時間鈉塊熔化脫離坩堝鉗。0.5～ls時間足夠?qū)⑩c塊在水中移動20cm，因此用坩堝鉗夾住鈉塊，將鈉塊送至試管口或塑料瓶口下的操作是完全可行的。

3.3成功率分析

新設計的爆鳴法實驗方案，易于控制氫氣的體積占試管總體積的2/7，使爆鳴聲最響；點燃法實驗方案，可多次添加鈉塊，產(chǎn)生足夠量的氫氣，延長氫氣燃燒時間，因此實驗成功率均很高。

新設計的爆鳴法和點燃法檢驗鈉與水反應生成氫氣的實驗方案具有安全可行、裝置簡單、操作簡便和成功率高的優(yōu)點，因此具有一定的推廣價值。通過爆鳴法和點燃法檢驗鈉與水反應生成氫氣的教學，學生能更好地領(lǐng)悟鈉與水反應的原理，了解實驗安全常識，從而提升了教學效果。endprint