鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微型化改造

鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微型化改造

姚玉琴衷明華

(韓山師范學(xué)院化學(xué)系，廣東 潮州 521041)

摘要：眾所周知，化學(xué)科學(xué)的形成和發(fā)展離不開實(shí)驗(yàn)，化學(xué)教學(xué)也離不開實(shí)驗(yàn)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，從而幫助學(xué)生理解知識，掌握要點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能。作為一名教師，要想達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。為此，我們應(yīng)該通過多次實(shí)驗(yàn)探究，主動(dòng)去挖掘教材上一些演示實(shí)驗(yàn)存在的不足之處，以此進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到好的實(shí)驗(yàn)效果，并設(shè)計(jì)出符合綠色化學(xué)理念的演示實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鈉與氯氣微型改進(jìn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生學(xué)好實(shí)驗(yàn)操作技能，學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在教學(xué)過程中，我們應(yīng)該多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的不足，對實(shí)驗(yàn)的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，以此培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和分析解決問題的能力，從而達(dá)到最生動(dòng)、活躍的教學(xué)形式?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)正朝著微型化、綠色化的方向發(fā)展，鈉與氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)在人教版高中化學(xué)必修1占據(jù)非常重要的地位。但是氯氣是一種帶有強(qiáng)烈的刺激性氣味的有毒氣體，人體吸入少量的氯氣引起呼吸道的嚴(yán)重?fù)p傷，對眼睛黏膜和皮膚有高度刺激性，短期內(nèi)吸入較大量氯氣會(huì)引起全身性疾病。在鈉與氯氣的演示實(shí)驗(yàn)中，是取半粒黃豆大的金屬鈉(切去氧化層)，用濾紙吸凈煤油，然后放在石棉網(wǎng)上加熱，當(dāng)鈉熔成光亮的小球后，迅速將盛有氯氣的集氣瓶瓶口扣在鈉的上方，從而使其發(fā)生反應(yīng)。其反應(yīng)原理如下：

然而在教師的課堂演示實(shí)驗(yàn)中，或多或少存在以下的不足之處：

1.在實(shí)際操作過程中，金屬鈉表面的氧化膜在切除時(shí)很難操作，而且鈉在空氣中極易氧化，切去氧化膜后又迅速與氧氣反應(yīng)生成氧化膜，從而阻礙鈉與氯氣的接觸，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。

2.氯氣是一種有毒氣體，教師在攜帶、保存以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中都可能導(dǎo)致氯氣泄露，危害身體健康、污染環(huán)境。而且石棉網(wǎng)在實(shí)驗(yàn)后難以清洗，損毀嚴(yán)重。

3.鈉在加熱時(shí)易生成淡黃色的過氧化鈉，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果生成的氯化鈉顏色一樣，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

4.氯氣的收集和氯氣與鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是分布操作的，反應(yīng)過程不易控制，給實(shí)驗(yàn)帶來不便。并且在實(shí)驗(yàn)過程中多余的氯氣會(huì)散發(fā)到空氣中，造成教室環(huán)境污染，影響師生的身體健康。

因此，我設(shè)計(jì)了以下微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，微型化實(shí)驗(yàn)是利用微型化的儀器裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，其化學(xué)藥品用量大大減少，同時(shí)實(shí)驗(yàn)效果也更加明顯、操作起來也較簡單、方便和防止污染環(huán)境等目的。所以，筆者針對以上不足，利用微型化儀器對鈉與氯氣的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行以下的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果以及保護(hù)環(huán)境的宗旨。

一、實(shí)驗(yàn)用品

1.儀器：微型儀器一套、注射器2支；

2.藥品：鈉粒、高錳酸鉀、濃鹽酸、蒸餾水、氫氧化鈉濃溶液。

二、實(shí)驗(yàn)裝置示意圖(此處省去微型操作臺及夾持裝置部分)

圖　實(shí)驗(yàn)裝置

三、實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

1.根據(jù)上圖組裝實(shí)驗(yàn)儀器，同時(shí)檢查裝置的氣密性。

2.加入藥品：在注射器A中吸入少量濃鹽酸；在左邊側(cè)泡具支試管中加入0.2g的高錳酸鉀；在注射器B中吸入少量蒸餾水；在右邊側(cè)泡具支試管中加入一小塊鈉；在小燒杯中加入氫氧化鈉濃溶液。

3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：擠壓注射器A，將約2ml的濃鹽酸慢慢地注射到裝有高錳酸鉀固體的側(cè)泡具支試管中，便可看到有黃綠色氣體產(chǎn)生，過一會(huì)兒可觀察到側(cè)泡具支試管中充滿黃綠色的氣體，此時(shí)再輕輕推動(dòng)注射器B，讓蒸餾水慢慢滴在金屬鈉上，而反應(yīng)即是利用水與鈉反應(yīng)放出的熱使鈉與氯氣反應(yīng)。金屬鈉立即引燃，在Cl2中燃燒，火焰呈黃色且產(chǎn)生大量白煙，反應(yīng)后側(cè)泡具支試管內(nèi)壁上有白色粉末狀固體。這說明鈉在氯氣中燃燒生成了氯化鈉。同時(shí)，裝有濃氫氧化鈉溶液的燒杯中的導(dǎo)管口有少量氣泡產(chǎn)生。為了證明白色固體為可以做如下補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。

反應(yīng)完成后，向試管中加入少量蒸餾水，振蕩，使白色固體溶解，然后將此溶液分成兩份：一份進(jìn)行焰色反應(yīng)，可以看到火焰呈黃色，證明有Na+存在；向另一份中加入幾滴溶液，出現(xiàn)大量白色沉淀，再加入少量稀HNO3，沉淀不消失，證明有Cl-存在。從而說明此白色固體確實(shí)是NaCl。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1.利用微型實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，可使實(shí)驗(yàn)藥品用量大大減少，成本降低，且裝置組裝簡單、方便，既減小了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性，又提高了實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)課堂上演示的可能性。

2.添加濃鹽酸使用注射器使得實(shí)驗(yàn)操作方便、更加安全，易于控制藥品添加量及添加時(shí)間。

3.本實(shí)驗(yàn)集氯氣的制備和氯氣與鈉的反應(yīng)為一體，氯氣即制即用，防止氯氣不夠用的缺點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中前面反應(yīng)的生成物是后面反應(yīng)的反應(yīng)物，這樣既能充分利用資源，也能縮短實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間。

4.該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了鈉與氯氣在一個(gè)密閉的裝置中燃燒，無污染物排入空氣中，并且在實(shí)驗(yàn)后用氫氧化鈉濃溶液處理尾氣，不僅符合綠色化學(xué)理念，也可加強(qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識。

5.氯氣不用事先制備和收集，大大降低了教師的工作時(shí)間。同時(shí)，也不會(huì)給教師在攜帶過程中帶來麻煩，無論作為教師的實(shí)驗(yàn)演示還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)都很方便。

本實(shí)驗(yàn)除了具備以上優(yōu)點(diǎn)外，我還利用了大氣壓的相關(guān)知識，有效地解決了控制化學(xué)反應(yīng)速率的問題。通過對鈉與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，認(rèn)識到演示實(shí)驗(yàn)成為課堂教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。因此，我們應(yīng)該充分利用微型實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行教學(xué)，從而讓學(xué)生更好地感知實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂趣，真正達(dá)到良好的教學(xué)效果，提高學(xué)生分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。