鈉與氯氣燃燒的改進實驗探究

劉 楓 茍興龍 文豐玉

西華師范大學化學教育研究所(637000)

教材中鈉與氯氣燃燒的實驗存在氯氣不方便攜帶和尾氣未處理等方面的不足。在教學實踐中，不少教師也對該實驗進行了改進，大多采用氯氣的制備與鈉反應的一體化設計，為了實驗簡便一般將直接制取的氯氣與鈉反應，并沒有對氯氣進行處理，從而對實驗結果產生影響。對此，問題筆者設計了以下實驗進行探究。

1 實驗原理

2 實驗現(xiàn)象預測

通過對實驗的原理分析,可知高錳酸鉀制備氯氣會產生水,濃鹽酸具有揮發(fā)性。為了驗證水和氯化氫對改進實驗的影響，做了以下實驗設計。

3 實驗過程

3.1 實驗裝置及步驟

實驗裝置如圖1所示，實驗步驟如下。

圖1 實驗裝置

(1)按照圖1所示組裝圖連接實驗裝置,并檢查裝置氣密性。

(2)在蒸餾燒瓶中加入1 g高錳酸鉀固體,并在分液漏斗中裝入約1 mL濃鹽酸。

(3)取一塊黃豆大小的鈉,用濾紙吸去表面的煤油,并用小刀刮去表面的氧化層,迅速放入干燥管中的玻璃棉上,并立刻旋緊球形干燥管口的橡膠塞。

(4)用分液漏斗緩慢滴加濃鹽酸,讓濃鹽酸與高錳酸鉀充分反應,此時蒸餾燒瓶中產生綠色氣體,排除球形干燥管中的空氣,待有氣泡產生時,點燃酒精燈,將球形干燥管預熱,后局部加熱。

(5)當鈉加熱燃燒時,迅速撤除酒精燈。此時觀察到鈉劇烈燃燒,火焰成黃色,并產生大量白煙,反應結束后,球形干燥管壁上有白色固體產生。

(6)實驗結束后,在分液漏斗中加入少量氫氧化鈉溶液進行尾氣處理。

3.2 實驗中出現(xiàn)的問題

通過多次反復實驗發(fā)現(xiàn)以下問題。

(1)鈉易發(fā)生自燃,在酒精燈還未加熱時就與氯氣發(fā)生了反應。

(2)將白色晶體溶解后進行pH檢驗,pH值大于7,呈堿性。

(3)產生的氯化鈉不一定全是鈉與氯氣反應產生的。

(4)鈉沒有發(fā)生反應。

3.3 原因分析

(1)鈉自燃是由于濃鹽酸與高錳酸鉀反應生成水，水與鈉反應后再與氯氣反應。

(2)從鈉與水反應中可以猜測白色晶體不僅有NaCl,還可能產生NaOH,所以pH大于7,呈堿性。

(3)濃鹽酸具有揮發(fā)性,易進入玻璃管與Na反應,產生氯化鈉。

(4)濃鹽酸、水和鈉反應都會產生氫氣,氫氣與氯氣會在一定條件下發(fā)生爆炸,存在安全隱患。

(5)氯氣與氫氧化鈉反應也會產生氯化鈉。

(6)鈉發(fā)生氧化，在表面形成了氧化膜。

通過以上實驗可以發(fā)現(xiàn)以下問題：①產物無法確定，有雜質;②Na易自燃且易氧化;③產生的氫氣，會對實驗產生安全隱患。對此，可采用控制變量法分別檢驗水和氯化氫對實驗的影響。

4 實驗檢驗

實驗檢驗過程見表1。

表1 實驗檢

5 實驗結論

通過以上實驗探究，得出水對鈉與氯氣的燃燒實驗具有一定的影響。首先,水與鈉反應會產生自燃，導致產生雜質氫氣和氫氧化鈉。氫氣與氯氣反應產生安全隱患，氫氧化鈉則會影響產物的純度，無法確定產物是氫氧化鈉還是氯化氫。其次，氯氣還會與氫氧化鈉反應產生氯化鈉，影響產物。至于氯化氫氣體，只要在反應過程中緩慢滴加氯化氫溶液,并使其與高錳酸鉀充分反應，則氯化氫氣體對燃燒反應的影響很小。

除去水和氯化氫后，干燥純凈的氯氣與鈉燃燒反應很迅速，降低了鈉加熱后不燃燒的概率。所以，在做鈉與氯氣反應的一體化設計時，最重要的是要對水進行處理。通過對鈉與氯氣的燃燒實驗探究改進，有利于提高學生在控制單一變量的實驗探究中養(yǎng)成求實的科學態(tài)度和嚴謹?shù)目茖W思維。