關于鈉與水反應實驗裝置與操作的改進

張學為

摘 要：鈉與水的化學反應實驗是高中學生必須學習掌握的實驗，由于鈉與水的反應劇烈，存在一定的危險性。在分析以往實驗和教材引用的案例的基礎上，重新設計了實驗裝置，便于將實驗進行完整的展示，在保證實驗安全的基礎上增加了實驗的趣味性。

關鍵詞：化學；實驗；設計；創新

化學是以實驗教學為基礎的學科，鈉與水反應是高中化學教材必修一（人教版）第三章第一節《金屬的化學性質》中的一個重要實驗。該實驗操作簡單、現象明顯，但是反應劇烈，實驗過程不易控制，有一定的危險性。很難將此化學實驗進行完整的演示，學生不能全面觀察現象、分析實驗，不利于對學生觀察和分析能力的提高。為此對現行的中學教材中鈉與水反應實驗進行了改進與創新設計，使實驗更具可操作性、真實性和科學性。

一、現行的教材實驗

1.實驗原理

金屬鈉與水的反應是中學化學最常見的實驗之一，是水中電離的氫離子從鈉奪取電子產生氫原子并結合為氫氣的過程。鈉與水反應屬于置換反應，反應化學方程式為式1。

2Na+2H2O==2NaOH+H2↑（式1）

2.實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

3.實驗步驟

（1）先切一小塊鈉（綠豆大），用刺了小孔的鋁箔包好；

（2）用鑷子夾住，放在圖中的試管口下（試管已裝滿水）；

（3）等試管集滿氣體時，用大拇指堵住試管口并從溶液中取出，向下移近酒精燈點燃；

（4）最后向燒杯中滴加無色的酚酞試液。

二、實驗存在的問題

（1）將鋁箔包住鈉，用鑷子夾住不能很好地展示實驗現象，不利于對學生觀察能力和分析能力的提高。

（2）該實驗的最大缺點就在于該實驗的操作較復雜，學生很難獨立完成。

（3）對反應速率缺乏控制。實驗很快，且還要將手伸入水中，不符合實驗安全規范。

（4）鋁箔包住鈉會給學生帶來思維上的干擾。有些學生認為是鋁與熱水反應產生的H2，造成思維上的誤導。

（5）實驗存在安全隱患，如果H2不純的話，直接點燃會引起爆炸，并且該實驗缺少趣味性。

三、實驗改進思路

鈉和水的反應現象和產物檢驗一次完成，并有效控制反應由快到慢。學生能全面地觀察、分析實驗，提高了課堂教學的效率。

四、改進后實驗操作

具體操作步驟如下：

（1）從塑料瓶中往U玻璃管中注入滴有酚酞的蒸餾水，直至接近右端管口2～3cm，再在右端注入一定煤油。

（2）在膠塞上固定一根大頭針，用針扎起一塊黃豆粒大小的金屬鈉，蓋緊膠塞先使金屬鈉浸沒在煤油中，并慢慢將針頭向下按使金屬鈉與水接觸開始反應。

（3）待反應完全后，點燃火柴靠近右端玻璃尖嘴，并迅速用拇指擠壓上端帶玻璃珠的橡膠管（內有一顆小玻璃珠，結構與堿式滴定管的滴管口構造相同）。

（4）在導管口把氣體點燃。

實驗現象：鈉在煤油和水之間浮動，在水面上有氣泡，說明鈉和水反應，鈉的密度大于煤油的密度，小于水的密度。水溶液開始變紅，說明有堿性物質生成。由于氣體的生成，U形管右邊（用作反應的一端）的液面會下降，而左端（不用作反應的一端）的液體將從漏斗口流進漏斗，這是因為鈉與水反應生成的氣體難溶于水。右邊的氣壓增大，液面也隨之下降，反應開始加速。由于煤油少，不能再阻止鈉和水的充分接觸反應，可明顯地觀察到鈉和水劇烈的反應。鈉浮在水面上，熔化成銀白色的小球，四處游動，可聽到微弱的嘶嘶聲。同時液面迅速上升，收集到大量純凈的H2。

五、效果評價

（1）將化學實驗完整地演示，學生全面地觀察現象，分析實驗，提高了學生觀察能力和分析能力。

（2）對反應速率有效控制。反應由慢到快，反應現象觀察和產生檢驗有序進行。

（3）避免鋁箔包住會給學生帶來思維上的干擾。

（4）H2的生成檢驗，燃燒時間較長，現象明顯。

（5）實驗環境安全，同時增加實驗的趣味性。

參考文獻：

[1]王剛，王喜貴.金屬鈉與水反應實驗的創新改進[J].化學教學，2014（5）：54-55.

[2]彭運定.“鈉與水反應實驗改進”創新設計[J].發明與創新（中學生），2010（3）：14.

[3]陳梓釵，譚璐，周浩漫，等.鈉與水反應實驗的創新改進[J].中學化學教學參考，2015（9X）.

編輯 馮志強