提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效率探究
——金屬鈉與水反應(yīng)裝置改進(jìn)

◎ 朱大葉

金屬鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)選自新人教版(2019)化學(xué)必修第一冊(cè)第二章第一節(jié)鈉及其化合物,鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)處于高中化學(xué)教學(xué)初期,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)產(chǎn)生興趣非常重要,做好該實(shí)驗(yàn)具有重要的價(jià)值與意義。

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)后,我在課本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)改進(jìn),實(shí)驗(yàn)裝置更簡(jiǎn)便、現(xiàn)象更加明顯,同時(shí)也提高了氫氣的純度,實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)生氣體的收集與檢驗(yàn),并提高了實(shí)驗(yàn)的安全性,更加便于學(xué)生進(jìn)行操作。

一、實(shí)驗(yàn)裝置所需儀器

鐵架臺(tái)1 個(gè)、鐵夾1 個(gè),U 形管1 支,打孔橡膠塞2 支,帶有針頭的塑料注射器1 個(gè),燒杯,橡皮管,小刀,鑷子,玻璃片。

二、實(shí)驗(yàn)藥品

金屬鈉,煤油,酚酞,蒸餾水

三、操作過(guò)程

1.檢查裝置氣密性

在U 形管中灌一些水,使U 形管兩端頁(yè)面相平,在a 管處塞上橡膠塞,在b 管處插上帶有注射器的橡膠塞,注射器活塞已向上拉出。推動(dòng)注射器活塞,U 形管中出現(xiàn)頁(yè)面差則說(shuō)明裝置氣密性良好。若無(wú)液面差,則氣密性不好,重新進(jìn)行更換儀器,再次檢驗(yàn)。

2.制備檢驗(yàn)氣體

(1)在 U 形管中灌滿(mǎn)水至管口2cm 處,并滴入兩到三滴酚酞溶液,b 管處裝1cm 左右的煤油,a 管處塞上一根接有橡皮管的導(dǎo)管,與外界大氣壓相通。b 管橡膠塞上插入注射器,但注意針頭插入不可太深。將綠豆大小的鈉塊放入U(xiǎn) 形管b 管處,隨即將插有注射器膠塞塞進(jìn)b 管處。鈉塊在煤油和水的界面上下浮動(dòng),發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體,氣體不溶于水,在b 管產(chǎn)生氣體壓強(qiáng),b 管處液面下降,a 處導(dǎo)管內(nèi)液面上升,液體從導(dǎo)管處流到燒杯中。直到反應(yīng)結(jié)束,溶液顏色變紅,說(shuō)明有氫氧化鈉產(chǎn)生。可用b 管處注射器抽取產(chǎn)生的氣體。在注射器針頭處用火柴點(diǎn)燃,出現(xiàn)淡藍(lán)色火焰,持續(xù)推動(dòng)針筒活塞,在火焰上方放置一個(gè)干燥的燒杯,燒杯中出現(xiàn)水霧,再放一個(gè)蘸有澄清石灰水的燒杯,石灰水不變渾濁,說(shuō)明產(chǎn)生的氣體是氫氣。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

鈉塊與水反應(yīng),鈉在煤油和蒸餾水界面上下浮動(dòng),說(shuō)明金屬鈉密度比煤油大比水小,滴有酚酞的溶液變紅,生成了一種堿性物質(zhì),通過(guò)元素分析則生成了氫氧化鈉。通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)氣體,發(fā)現(xiàn)生成的氣體為氫氣。

反應(yīng)方程式:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

4.實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)點(diǎn)

(1)采用 U 形管易得易組裝,且減少其他設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中安裝干燥管或者去底塑料瓶的步驟,現(xiàn)象明顯,推廣價(jià)值較高。

(2)U 形管中滴入幾滴酚酞溶液,可以非常直觀(guān)地看到鈉塊在溶液中的變化,同時(shí)可看到溶液顏色的變化,可探究出該實(shí)驗(yàn)不僅產(chǎn)生了一種不溶于水的氣體,還產(chǎn)生了一種堿性物質(zhì)。

(3)通過(guò)金屬鈉在U 形管中的位置直觀(guān)理解鈉、水、煤油的密度大小。

(4)注射器收集檢驗(yàn)氣體較為簡(jiǎn)便,安全,利用排水法收集的氣體也不需要驗(yàn)純,非常利于學(xué)生自行進(jìn)行操作。

(5)利用注射器上地收集到氣體的刻度線(xiàn)也可進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn),計(jì)算得出相關(guān)數(shù)據(jù)。

四、小結(jié)

本文中裝置的創(chuàng)新點(diǎn)在于U 形管和帶針頭的注射器 U 形管減少了裝置的搭建,并減少溶液的損失,更加簡(jiǎn)便,注射器的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)因材料來(lái)源方便、裝置密封性良好、反應(yīng)收集檢驗(yàn)一體化等優(yōu)點(diǎn)作為學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)無(wú)疑是不錯(cuò)的選擇。設(shè)計(jì)氣體的收集與檢驗(yàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀(guān)清晰,這樣學(xué)生不僅能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出鈉與水反應(yīng)的氣體產(chǎn)物,而且體驗(yàn)了科學(xué)探究的過(guò)程。并且在實(shí)際教學(xué)中,整個(gè)裝置成本較低,安全性較高,非常利于推廣實(shí)驗(yàn),對(duì)于培養(yǎng)中學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣非常有效,促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。