金屬鈉實驗的幾點改進

衡科學

高中化學教材中部分實驗，有些反應現(xiàn)象不明顯，有些不利于學習時進行分組實驗，有些存在安全隱患等，但是教師不能因為上述原因，簡單將學生必做實驗變成演示實驗或者視頻實驗甚至口頭實驗。因此，教師需對部分學生必做實驗進行研究改進，對教材實驗改進不是為了改進而改進，而是解決自己教學中遇到的困惑，解決自己學校硬件的不足，使化學實驗以更優(yōu)化的方式呈現(xiàn)，更好地服務于實驗教學。

一、演示實驗與分組實驗區(qū)別

演示實驗是由教師進行演示和示范性操作，并引導學生對實驗現(xiàn)象進行觀察和思考的實驗。演示實驗通常要求實驗操作規(guī)范、現(xiàn)象直觀明顯、實驗簡易快捷。演示實驗所需的器材和藥品準備比較快捷，但是實驗的主體是教師，不能保證每個學生動手參與；有些實驗細節(jié)僅僅通過演示實驗也無法觀察，如反應的氣味、顏色變化較快的實驗。

分組實驗又叫學生實驗，實驗的主體是學生，學生親自動手進行操作，實驗內(nèi)容可以是驗證物質(zhì)性質(zhì)的實驗，驗證已知結論的實驗，也可以是物質(zhì)制備實驗，還可以是根據(jù)假設、自主探究的化學實驗。學生分組實驗有利于培養(yǎng)學生的學習主動性，有利于提高學習效率，有利于培養(yǎng)學生化學核心素養(yǎng)。

二、金屬鈉實驗改進的背景

金屬鈉是一種典型的金屬元素，有較強的還原性，很容易與氧氣或者水反應，反應過程有一定的危險性，中學實驗室也將鈉作為危化品進行管理。涉及鈉的實驗一般都采用演示實驗，較少采用學生分組實驗。本文擬通過對教材中的鈉的實驗進行改進，目的是讓鈉的實驗也能以學生分組實驗為主，解決了教學金屬鈉內(nèi)容時主要是演示實驗為主的教學方法，同時也培養(yǎng)了學生的動手和實踐能力，提高了金屬鈉的實驗教學效果。

三、金屬鈉分組實驗改進

1. 金屬鈉的取用

金屬鈉特別活潑，教材中取用時用小刀切開，只能較短時間觀察到有金屬光澤的銀白色鈉，且切開的金屬鈉的大小也較難把握，增加實驗潛在的危險，每次切完的邊角需要重新放回試劑瓶，多次實驗需要重復取用，比較煩瑣且金屬鈉邊角料造成浪費多，后期處理起來也麻煩。

改進后的取鈉器的制作步驟：① 將1ml注射器細前端切去；② 將前端削薄便于插入金屬鈉；③ 將削薄的取鈉器插入金屬鈉取一段金屬鈉柱，取用時候直接用小刀切下；④ 將取完鈉的取鈉器插入橡膠底座上進行密封。

該實驗改進的優(yōu)點：① 取完的金屬鈉通過透明塑料外殼能較長時間觀察到鈉的本來顏色；② 每次取用可以通過刻度線定量取用，避免教材中出現(xiàn)的“取一小塊金屬鈉”“約綠豆粒大小”等模糊描述，可適用于學生分組實驗，降低學生實驗的潛在危險；③ 每次切完鈉僅需及時插入橡膠塞即可，便于（能穩(wěn)定保存一節(jié)課以上時間）下一次取用；④ 通過實驗創(chuàng)新改進，可以培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新意識。

2. 金屬鈉燃燒裝置的改進

按照蘇教版教材，是將金屬鈉直接在石棉網(wǎng)上加熱，人教版和魯科版教材是在坩堝中加熱。按照人教版和魯科版教材實驗現(xiàn)象明顯，但是實驗需要準備的器材較多，相關分組實驗較難開展。鈉燃燒實驗結束后清理麻煩，不利于開展學生實驗。按照蘇教版教材在石棉網(wǎng)上加熱有時觀察不到淡黃色固體這一現(xiàn)象，究其原因有：金屬鈉表面的煤油可能沒有洗干凈，或者石棉網(wǎng)中的某些物質(zhì)與鈉作用，又或者空氣中的二氧化碳與鈉反應。總之實驗失敗可能性不小，在石棉網(wǎng)上燃燒后產(chǎn)生的固體會和石棉燒結在一起不易清理，導致石棉網(wǎng)也基本報廢。

鈉燃燒裝置的實驗改進：將鋁質(zhì)易拉罐剪下底部，邊緣留下少許薄壁便于用坩堝鉗夾持，因易拉罐底部較厚，不易燒穿。注意：不可用較薄的易拉罐壁，容易燒穿。

該實驗改進的優(yōu)點：① 工業(yè)上制備過氧化鈉就是采用鈉和去除二氧化碳的空氣在鋁盤中燃燒制備，培養(yǎng)學生嚴謹求實態(tài)度。② 鋁的導熱性較好，金屬鈉大概5-6秒就能熔化，熔化后2-3秒就能起火，燃燒后留下蓬松的淡黃色固體，比較適合學生實驗，實驗成功率可達100%。易拉罐底部凹下去，不用擔心熔化的鈉流出造成燙傷事故。③實驗結束后便于收集過氧化鈉進行后續(xù)實驗，易拉罐底可以多次使用。

3. 金屬鈉和水反應實驗改進

蘇教版和人教版教材都是在小燒杯中進行，魯科版教材是在培養(yǎng)皿中進行。上述實驗現(xiàn)象明顯且經(jīng)典但無法對產(chǎn)物氫氣進行檢驗。

鈉和水反應實驗改進方案：在20ml注射器中加入2mm厚金屬鈉（通過改進的取鈉器切取），將注射器活塞迅速推入注射器壓實，插上針頭并用針頭吸取一定量的蒸餾水，注射器針頭插入橡皮中待反應結束后將多余的液體推出。在酒精燈火焰上點燃，輕輕推動活塞保持火焰穩(wěn)定燃燒。（換干凈的針頭，可以觀察到淡藍色火焰）

該實驗改進優(yōu)點：操作簡便，能定性檢驗鈉和水反應的氣體產(chǎn)物，加深學生對鈉和水反應的理解，實驗現(xiàn)象非常直觀，學生印象深刻。

4. 金屬鈉鹽溶液實驗改進

金屬鈉和鹽溶液（硫酸銅溶液、氯化鐵溶液等）的反應，是一線教師經(jīng)常愛演示的實驗，因為實驗現(xiàn)象反常，顛覆學生已有認知。金屬鈉和鹽溶液反應大家普遍認為是金屬鈉和水反應生成堿，堿再與鹽溶液發(fā)生復分解反應生成氫氧化物沉淀。筆者想到如果避開水，鈉能否和鹽發(fā)生置換反應？教材中列舉鈉的強還原性，在一定條件下可以將鈦、鋯、鈮等從氯化物中置換出來，但是上述轉化需要在熔融狀態(tài)下進行，課堂演示實驗顯然難以實現(xiàn)。能不能換一個不含水的溶劑，讓鈉和鹽發(fā)生反應？

實驗改進：將溴化銅溶于丙酮溶液，取一大塊鈉置于表面皿上，向金屬鈉切開面上滴加溴化銅的丙酮溶液，可以明顯看到金屬鈉表面有紅色物質(zhì)出現(xiàn)。該實驗完成后，當時部分評委專家有一定的質(zhì)疑，認為丙酮也能和鈉反應，實驗設計有瑕疵。筆者查詢現(xiàn)行的大學教材均沒有涉及丙酮和鈉的反應，筆者通過做對照實驗發(fā)現(xiàn)丙酮的確可以和鈉反應產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生氫氣的原因可能是丙酮不純，含有水分，鈉和水反應產(chǎn)生氫氣。也有可能是丙酮和烯醇存在轉化平衡，鈉和醇羥基反應，不斷促進了平衡往烯醇方向轉化。對照實驗表明鈉和丙酮雖然反應，但是沒有生成紅色物質(zhì)，顯然紅色物質(zhì)為鈉置換出了溴化銅中的銅。為了進一步說明金屬鈉表面的紅色物質(zhì)是銅而不是氧化亞銅等紅色物質(zhì)，筆者將上述紅色物質(zhì)溶于水后置于試管中，分別用鹽酸、氨水、稀硝酸檢驗，證明了上述紅色物質(zhì)就是不溶于稀硝酸的銅。限于筆者能力及實驗硬件限制，無法找出更好的能溶解金屬鹽且不和金屬鈉反應的有機溶劑，筆者希望同行能給出批評和建議，讓有機溶劑溶解金屬鹽和鈉置換理論更加完善成熟。

（作者單位：江蘇省吳江平望中學）