乙醇與鈉反應(yīng)的新裝置及教學(xué)實(shí)踐

林曉霞

摘要： 利用注射器和輸液器制作了一個(gè)成本低、實(shí)用性強(qiáng)的乙醇與鈉反應(yīng)的新裝置，克服了傳統(tǒng)教材實(shí)驗(yàn)的不足，具有試劑用量少、現(xiàn)象明顯、結(jié)果準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)可分步操作且可暫停等特點(diǎn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便、環(huán)保安全，既可作為課堂演示實(shí)驗(yàn)，也可作為學(xué)生的自主性實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 乙醇與鈉反應(yīng); 一體化實(shí)驗(yàn); 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn); 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2022）09007203

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 問(wèn)題的提出

“乙醇與鈉反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行高中化學(xué)必修教材中的一個(gè)重要的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)[1]。該實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)檢驗(yàn)乙醇與鈉反應(yīng)的產(chǎn)物為氫氣，證明乙醇中含有羥基，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)有機(jī)化合物的官能團(tuán)概念，建立有機(jī)化合物中“官能團(tuán)決定其化學(xué)性質(zhì)”的學(xué)科思想。

在實(shí)際教學(xué)中，教材實(shí)驗(yàn)存在以下不足： （1）實(shí)驗(yàn)藥品用量大，火焰小，現(xiàn)象不明顯。（2）產(chǎn)物檢驗(yàn)容易受乙醇蒸氣的干擾。（3）實(shí)驗(yàn)進(jìn)程很快，有排氣、收集、驗(yàn)純、點(diǎn)燃等步驟，操作不易把控。若氫氣點(diǎn)燃早了，不純易爆炸;點(diǎn)燃晚了，氫氣量不足，點(diǎn)不著，實(shí)驗(yàn)容易失敗。

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已有不少研究者對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和方法進(jìn)行了改進(jìn)。通過(guò)重復(fù)試驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)：

（1）大部分改進(jìn)裝置省略了驗(yàn)純，不利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)正確的氣體點(diǎn)燃方法;（2）對(duì)于“反應(yīng)進(jìn)程過(guò)快，操作過(guò)于頻繁，沒有留給學(xué)生思考時(shí)間”的問(wèn)題缺乏相關(guān)研究;（3）未有將該實(shí)驗(yàn)由教師演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)培育素養(yǎng)功能的嘗試[2]。

因此，為改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)的不足并嘗試將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，筆者用注射器和輸液器等設(shè)計(jì)了一套一體化實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)用于乙醇與鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)材料和藥品

實(shí)驗(yàn)儀器： 注射器4個(gè)（100mL 1個(gè)，10mL 2個(gè)，5mL 1個(gè)）、醫(yī)用輸液器（止水夾4個(gè)，T型管3個(gè)，針頭1個(gè)，滴斗1個(gè)，輸液管若干）、干冷小燒杯、鑷子

實(shí)驗(yàn)藥品： 濾紙、米粒大小的金屬鈉、2mL無(wú)水乙醇、無(wú)水氯化鈣、澄清石灰水、肥皂水

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

2.3.1 檢驗(yàn)氣密性

關(guān)閉1、 2止水夾，打開3止水夾。往驗(yàn)純裝置中加入肥皂水，液體進(jìn)入注射器，但無(wú)法進(jìn)入導(dǎo)管。一段時(shí)間后，肥皂水下方輸液管中液面未下移，則說(shuō)明氣密性良好。

2.3.2 加反應(yīng)試劑

往反應(yīng)裝置中加入米粒大小的鈉，在加液裝置中加入2mL無(wú)水乙醇，除雜裝置滴斗內(nèi)放入無(wú)水氯化鈣（吸收氣體中的乙醇蒸氣[3]）。

2.3.3 乙醇與鈉反應(yīng)

關(guān)閉2、 3止水夾，打開1止水夾。抽動(dòng)反應(yīng)裝置活塞，將無(wú)水乙醇吸入反應(yīng)裝置中與鈉反應(yīng)，關(guān)閉1止水夾。

現(xiàn)象： 反應(yīng)器中鈉在乙醇中先沉后浮，有氣泡冒出，氣體收集裝置活塞右移。

2.3.4 驗(yàn)純

氣體收集裝置活塞停止右移后，打開3止水夾。推動(dòng)氣體收集裝置活塞，將少量氣體推入肥皂水中，肥皂水中產(chǎn)生泡沫，用帶火苗的木條靠近，點(diǎn)燃肥皂泡。

現(xiàn)象： 肥皂泡被點(diǎn)燃，發(fā)出“噗”的聲音。

2.3.5 檢驗(yàn)

關(guān)閉3止水夾，打開2止水夾。將氣體收集裝置中的氣體勻速推入檢驗(yàn)裝置中，點(diǎn)燃針頭處氣體，將干冷的小燒杯罩在火焰上，待燒杯壁上出現(xiàn)液滴后，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，向其中加入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象： 針頭處氣體被點(diǎn)燃，有火焰產(chǎn)生，火焰大小可通過(guò)活塞推入氣體速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。燒杯內(nèi)壁有液滴生成，倒轉(zhuǎn)燒杯加入澄清石灰水后，無(wú)明顯現(xiàn)象。

2.3.6 重復(fù)步驟4和5

若氣體收集裝置中仍有剩余氣體，可換下一位學(xué)生重復(fù)步驟4驗(yàn)純和步驟5檢驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段摘錄

3.1 環(huán)節(jié)一： 問(wèn)答互動(dòng)，初探實(shí)驗(yàn)

[師]通過(guò)前面的分析，我們已經(jīng)知道可利用什么反應(yīng)來(lái)探究乙醇的結(jié)構(gòu)。

[生]可以利用乙醇與鈉反應(yīng)，如果像水和鈉反應(yīng)一樣生成了氫氣的話，就可以說(shuō)明乙醇中含有像水一樣的O—H鍵。

[師]同學(xué)們看到各組的實(shí)驗(yàn)裝置，這個(gè)裝置是由注射器和輸液器組成，我們提前在反應(yīng)裝置中放入兩粒米粒大小的鈉，加液裝置中加入2mL無(wú)水乙醇。請(qǐng)同學(xué)們分組完成實(shí)驗(yàn)，首先打開1號(hào)止水夾，拉動(dòng)反應(yīng)裝置活塞，將乙醇吸入鈉中進(jìn)行反應(yīng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[生]鈉在乙醇中先沉后浮，有氣泡冒出，氣體收集裝置活塞右移。

[師]鈉先沉后浮的原因？

[生]先沉是因?yàn)殁c的密度大于乙醇，后浮是因?yàn)殡S著反應(yīng)進(jìn)行鈉質(zhì)量減小，被氣體托起。

[師]對(duì)比與水反應(yīng)，鈉與乙醇反應(yīng)劇烈程度如何？

[生]較小。

[師]通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)我們能夠證明乙醇能與鈉反應(yīng)生成氫氣，含有O—H鍵嗎？

3.2 環(huán)節(jié)二： 分析現(xiàn)象，再探實(shí)驗(yàn)

[生]不能。只能說(shuō)明反應(yīng)產(chǎn)生了氣體，但不一定是氫氣。從元素組成上，還有可能是CO或者是CH4。

[師]怎么證明是H2呢？

[生]檢驗(yàn)氣體燃燒產(chǎn)物！如果是氫氣，會(huì)有水霧但不能使澄清石灰水變渾濁。

[師]氣體中有沒有干擾物質(zhì)？

[生]有，乙醇蒸氣！因?yàn)橐掖家讚]發(fā)，沸點(diǎn)低。

[師]是的，水霧可能是冷凝下來(lái)的乙醇蒸氣，也可能是乙醇燃燒產(chǎn)生的水霧。為了除去氣體中的乙醇蒸氣，我們?cè)诔s裝置的滴斗中放入了無(wú)水氯化鈣進(jìn)行吸收。

[師]分析完了，我們可以直接點(diǎn)燃?xì)怏w檢驗(yàn)了嗎？

[生]不可以，點(diǎn)燃可燃性氣體前應(yīng)該先驗(yàn)純。

[師]是的，請(qǐng)同學(xué)們看到左邊的驗(yàn)純裝置。請(qǐng)一位同學(xué)打開止水夾3，推動(dòng)氣體收集裝置活塞，將少量氣體推入肥皂水中，產(chǎn)生肥皂泡。請(qǐng)另一位同學(xué)用帶火苗的木條靠近，點(diǎn)燃肥皂泡，觀察現(xiàn)象。如果是純凈的，則關(guān)閉止水夾3，打開止水夾2。請(qǐng)一名同學(xué)將氣體收集裝置中的氣體勻速推入檢驗(yàn)裝置的針頭中，再請(qǐng)另一名同學(xué)點(diǎn)燃針頭處氣體，火焰大小可通過(guò)改變活塞推入氣體速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。再將干冷小燒杯罩在火焰上，待燒杯壁上出現(xiàn)液滴后，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，向其中加入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象。

3.3 環(huán)節(jié)三——總結(jié)現(xiàn)象，得出結(jié)論

[生]我們小組點(diǎn)燃肥皂泡，發(fā)出“噗”的聲音，說(shuō)明氣體比較純凈，可以點(diǎn)燃。

點(diǎn)燃針頭處的氣體后，罩在上方的干冷燒杯中有水霧，說(shuō)明氣體有氫元素。加入澄清石灰水沒有明顯現(xiàn)象，說(shuō)明氣體中沒有碳元素。綜上所述，可以證明這個(gè)氣體是氫氣！

[師]證明了……

[生]乙醇與鈉反應(yīng)生成了氫氣，乙醇與水一樣含有O—H鍵！

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 簡(jiǎn)便——手推活塞控氣流，火苗易觀察

解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中因氣體點(diǎn)燃需在收集及驗(yàn)純之后氫氣氣流變小，點(diǎn)燃后火焰小，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等不足。通過(guò)調(diào)節(jié)推動(dòng)收集裝置活塞的力度大小來(lái)控制氣流，增大火苗，放大現(xiàn)象，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有更直觀的視覺感知，不僅印象深刻，更有利于學(xué)生的記憶和興趣培養(yǎng)。

4.2 環(huán)保——實(shí)驗(yàn)試劑用量少，環(huán)保又安全

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)藥品用量少，將鈉的用量減小至米粒大小，無(wú)水乙醇從8mL減少至2mL，保證現(xiàn)象明顯的同時(shí)，提高了安全性，且有益于環(huán)保，可以作為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)自主進(jìn)行。

4.3 準(zhǔn)確——產(chǎn)物檢驗(yàn)先除雜，得出結(jié)論無(wú)疑議

通過(guò)除雜，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中檢驗(yàn)H2時(shí)乙醇蒸氣的干擾，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感。在產(chǎn)物檢驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)產(chǎn)物中雜質(zhì)的分析與除去方法的選擇，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性，促進(jìn)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4.4 適合引導(dǎo)思考——分步實(shí)驗(yàn)可暫停，留足時(shí)間思考

利用創(chuàng)新裝置中裝置分區(qū)的特點(diǎn)，加以止水夾，使得乙醇與鈉的反應(yīng)、驗(yàn)純、檢驗(yàn)等彼此獨(dú)立，分步進(jìn)行，解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)進(jìn)程太快操作過(guò)于頻繁，學(xué)生難以兼顧，缺乏思考時(shí)間的問(wèn)題。在反應(yīng)開始后，將氣體自動(dòng)收集到注射器中，無(wú)需擔(dān)心操作時(shí)機(jī)把握不準(zhǔn)，致使氣體不純或氣流過(guò)小不利于點(diǎn)燃。并且可以利用收集氣體的時(shí)間引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察現(xiàn)象細(xì)節(jié)，分析推導(dǎo)乙醇的密度、氫氣活潑性等重要信息。在收集后無(wú)需著急點(diǎn)燃檢驗(yàn)，教師可創(chuàng)設(shè)層層遞進(jìn)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生一步一步深入分析，討論實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)現(xiàn)象，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生逐步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題的能力。在思考中充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的育人功能，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等核心素養(yǎng)。

4.5 材料便宜易得——制備、收集、驗(yàn)純、檢驗(yàn)一體化，材料易得成本低

一體化的實(shí)驗(yàn)裝置，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好。實(shí)驗(yàn)裝置總成本低，即使是實(shí)驗(yàn)器材較為匱乏的農(nóng)村地區(qū)也能方便制作使用，不需要專門訂制儀器，也不易損耗，具有一定的推廣性。

參考文獻(xiàn)：

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