鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

張　敏　李勝榮　熊言林（丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)　江蘇丹陽(yáng)　300；安徽師范大學(xué)　安徽蕪湖　4000）

鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

張敏1*通訊聯(lián)系人，E－mail：zhang＿min3288＠sina．com李勝榮1熊言林2
（1丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)江蘇丹陽(yáng)212300；2安徽師范大學(xué)安徽蕪湖241000）

摘要：文章嘗試對(duì)鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將反應(yīng)與氣體的制取、收集、貯存、噴泉、產(chǎn)物驗(yàn)證等實(shí)驗(yàn)巧妙地組合成一個(gè)完整的體系，方案科學(xué)合理，裝置簡(jiǎn)單，操作方便、安全，經(jīng)多次演示，實(shí)驗(yàn)效果較好。

關(guān)鍵詞：金屬鈉；噴泉；組合實(shí)驗(yàn)；綠色化學(xué)

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1008-0546（2015）01-0096-02G633．8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．01．037

一、問(wèn)題的提出與解決

鈉與水反應(yīng)制取氫氣的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，它既有教師演示實(shí)驗(yàn)，又有學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)行三套新課程高中化學(xué)教材中的實(shí)驗(yàn)裝置［1－3］，都是將鈉直接投入盛水的燒杯中，這樣的操作雖然簡(jiǎn)便，但由于反應(yīng)劇烈，易造成堿液濺出，故存在極大的安全隱患，不利于分組實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)裝置無(wú)法收集和檢驗(yàn)生成的氣體產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏說(shuō)服力。

鑒于此，筆者在研究過(guò)程中綜合考慮了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的鮮明性、重復(fù)性和趣味性等相關(guān)因素，嘗試對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行如下科學(xué)整合：將鈉跟水反應(yīng)形成噴泉實(shí)驗(yàn)、反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)和氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)巧妙地組合，形成如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1　Na與H2O反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)操作：使用雙孔橡皮塞、玻璃導(dǎo)管將廣口瓶（250 mL）和剪開(kāi)底部倒置的礦泉水瓶連接，廣口瓶作為反應(yīng)裝置和貯氣裝置，剪開(kāi)底部的倒置礦泉水瓶作為貯液裝置。反應(yīng)始，通過(guò)尖嘴玻璃導(dǎo)管的插入形成噴泉，反應(yīng)完畢抽出尖嘴玻璃導(dǎo)管（尖嘴玻璃導(dǎo)管可稍長(zhǎng)，以避免抽出時(shí)手接觸到堿液），可實(shí)現(xiàn)自由排出廣口瓶中貯氣。在雙孔橡皮塞下端固定一根細(xì)針，便于固定金屬鈉，使用注射器（20 mL）快速注入蒸餾水，可使金屬鈉與水接觸反應(yīng)并避免在廣口瓶中混入空氣。另用橡皮導(dǎo)管（帶止水夾）、玻璃導(dǎo)管將雙孔橡皮塞與注射器針頭相連，作為可控制燃燒裝置。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）檢查裝置氣密性，向廣口瓶中注入蒸餾水至距離瓶口2～3 cm處，并滴加幾滴酚酞溶液。

（2）取金屬鈉的質(zhì)量約0．4 g（為確保實(shí)驗(yàn)安全，形成噴泉時(shí)以排出200 mL溶液為宜，2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑，23×2×200×10－3／22．4＝0．4 g）、用濾紙吸干表面煤油、小刀去膜，然后用固定在雙孔橡皮塞上的細(xì)針將金屬鈉扎起，連接裝置（裝置I）。

（3）打開(kāi)裝置II中止水夾a，迅速將注射器中的蒸餾水注滿廣口瓶，立即關(guān)閉止水夾a，使金屬鈉與水接觸反應(yīng)形成噴泉（裝置III）。

（4）待反應(yīng)結(jié)束后，打開(kāi)礦泉水瓶底蓋，抽出裝置III中上端尖嘴玻璃管，開(kāi)啟止水夾a，用酒精燈在針尖處點(diǎn)燃?xì)錃猓ㄑb置IV）。

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及解釋

鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及解釋［4］，見(jiàn)表1。

表1　鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

滴有酚酞的水溶液變紅，說(shuō)明有堿性物質(zhì)生成，根據(jù)參與反應(yīng)的物質(zhì)所含元素種類分析為NaOH。發(fā)生反應(yīng)形成噴泉，證明有氣體生成，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素化合價(jià)“有升必有降規(guī)律”：

反應(yīng)方程式應(yīng)為：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑

五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

（1）鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、易觀察、趣味性強(qiáng)，具有啟迪性和探究性。

（2）在鈉與水反應(yīng)組合實(shí)驗(yàn)中，將反應(yīng)與氣體的制取、收集、貯存、噴泉、產(chǎn)物驗(yàn)證等實(shí)驗(yàn)巧妙地組合成一個(gè)完整的體系，方案科學(xué)合理，裝置簡(jiǎn)單，操作方便、安全，可重復(fù)使用，有利于促進(jìn)中學(xué)化學(xué)課堂探究式教學(xué)的開(kāi)展。

（3）本文所涉裝置精巧，取材容易，便于自制，例如對(duì)礦泉水瓶、注射器的再利用，變“廢”為“寶”，體現(xiàn)綠色化學(xué)理念［6］。

參考文獻(xiàn)

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［2］宋心琦主編．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)1 ［M］．北京：人民教育出版社，2007：39－40

［3］王磊主編．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)：化學(xué)1 ［M］．濟(jì)南：山東科學(xué)技術(shù)出版社，2014：10－11

［4］吳星主編．中學(xué)化學(xué)疑難辨析［M］．南京：江蘇教育出版社，2012：186－187

［5］向太平．檢驗(yàn)鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］．化學(xué)教育，2006，（6）：56－57

［6］熊言林，張敏．氮元素正價(jià)變化組合實(shí)驗(yàn)探究［J］．化學(xué)教育，2009，（5）：51－53