乙醇與鈉的反應演示實驗的優(yōu)化改進

□秦笙鳴 安 婭

（貴州師范大學化學與材料科學學院，貴州貴陽 550025）

人教版普通高中課程標準實驗教科書《必修2》中，乙醇與鈉的反應通常存在一些問題，如產(chǎn)生的氫氣量小，需要檢驗氫氣純度；檢驗生成的氣體時，氫氣燃燒現(xiàn)象不明顯且難以看到淡藍色火焰，而且倒入澄清石灰水的燒杯壁出現(xiàn)渾濁，這些實驗現(xiàn)象均與預設(shè)的現(xiàn)象不符。為此，先后出現(xiàn)了相關(guān)的實驗改進研究報道，如項云[1]等通過自制微型洗氣瓶排除乙醇蒸氣的干擾；凌崇忠[2]等使用集反應、收集于一體的尖嘴玻璃管點燃氫氣；丁愛軍[3]等將金屬鈉切成小塊以加快反應速率；曹廣雪[4]通過磁鐵吸引金屬鈉控制反應的進行。這些研究均從不同的角度進行了實驗改進，但沒有同時解決存在的問題。筆者在此基礎(chǔ)上對相關(guān)解決方法進行了整合，在裝置選擇、氫氣檢驗方面做了優(yōu)化改進，以達到實驗現(xiàn)象明顯，裝置簡易，安全環(huán)保，快速檢驗氫氣的目的，同時激發(fā)學生的探究興趣，培養(yǎng)學生的綠色環(huán)保意識，體現(xiàn)化學與生活的緊密聯(lián)系。

一、實驗藥品與儀器

藥品：無水乙醇、金屬鈉、2%重鉻酸鉀溶液、澄清石灰水、酚酞溶液。

儀器：干燥管一個、50mL燒杯兩只、脫脂棉、石墨(Al2O3)導管、小刀、鑷子、濾紙、火柴。

二、改進思路與方案

①裝置連接順序：除乙醇蒸氣裝置→反應發(fā)生裝置→檢驗生成的氣體。

②增加除雜裝置：用脫脂棉過濾乙醇蒸氣，避免對實驗現(xiàn)象造成干擾。

③點燃H2時無需驗純：反應生成的H2能排凈空氣。

④改進氫氣燃燒火焰不呈淡藍色的實驗現(xiàn)象：用自制石墨導管①石墨導管：取出1號干電池中碳棒，用鉆頭型號為1.5mm的自動打孔器打孔，即可制得?；駻l2O3管②Al2O3管：將20mL廢舊的鋁皮牙膏管、顏料管或護手霜管洗凈并剪掉尾部，即可制得。代替尖嘴導管及教材中的醫(yī)用注射針頭。

⑤補充一組鈉與水反應的對比實驗，使學生從分子結(jié)構(gòu)角度理解造成兩組之間差異的原因。

⑥補充乙醇與酸性重鉻酸鉀反應在生活中的應用，讓學生感受到化學與生活的緊密聯(lián)系。

⑦補充用酚酞檢驗反應后乙醇溶液酸堿性的實驗操作，說明生成物乙醇鈉顯堿性。

三、實驗原理與裝置：

原理：2Na+2CH3CH2OH=2CH3CH2ONa

改進后的實驗裝置如圖1所示。

圖1 乙醇與鈉的反應裝置圖

四、實驗結(jié)果與討論

（一）運用自制教具 連接實驗裝置

將干燥管與石墨(Al2O3)導管用膠皮管連接，將滴有酸性重鉻酸鉀溶液的脫脂棉塞入干燥管中(球形區(qū))，觀察到脫脂棉變?yōu)槌燃t色。其中，干燥管的球形部分可以儲存氣體，使得裝置形成壓力腔，這樣點燃氫氣時火焰會更加明亮，且干燥管集制備、收集功能于一體，實驗過程中無需檢查裝置氣密性，簡化實驗操作步驟，節(jié)省時間。而脫脂棉可以除掉乙醇蒸氣，避免對實驗現(xiàn)象造成干擾，也會使氫氣的燃燒現(xiàn)象更加明顯。用石墨(Al2O3)導管代替尖嘴導管或醫(yī)用注射針頭，自制教具，變廢為寶，體現(xiàn)了綠色化的思想，并且去掉了鈉元素焰色反應的干擾以及避免了由于長時間燃燒，注射器針頭受熱發(fā)紅而產(chǎn)生紅光，進而影響氫氣燃燒現(xiàn)象的觀察，同時聯(lián)系前面學習的化學能與電能中干電池的結(jié)構(gòu)，以促進知識的正遷移。

（二）增添對照試驗激發(fā)探究熱情

向兩只50mL的燒杯中分別加入10mL無水乙醇和10mL水，然后用鑷子取兩粒黃豆大小的金屬鈉(已除去表面煤油)分別放入燒杯中，再把干燥管立于盛有乙醇的燒杯中，觀察到無水乙醇中的鈉先沉在干燥管底部且鈉的表面產(chǎn)生氣泡，隨著反應的進行，最后懸浮在乙醇中并與之反應，形狀改變不明顯，冒出許多小氣泡，生成的氣體從石墨(Al2O3)導管口排出；水中的鈉則熔化成小球，浮在水面上，發(fā)出呲呲聲響且不停游動。通過增加一組鈉與水反應的實驗，學生可以直觀地看到鈉與乙醇的反應現(xiàn)象沒有鈉與水反應劇烈，從而將造成兩者差異的原因引向分子結(jié)構(gòu)的差異方面[5]，使學生理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的化學思想。補充這一實驗有助于激發(fā)學生探究CH3CH2OH的—OH中的H與H—OH的H活潑性不同的興趣。

（三）凸顯實驗現(xiàn)象 省略驗純步驟

用火柴將石墨(Al2O3)導管口處的氣體點燃，會看到穩(wěn)定持續(xù)并明顯呈現(xiàn)出淡藍色的火焰。將一個干燥的燒杯罩在火焰上方，發(fā)現(xiàn)燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)小液滴，取下燒杯，倒入澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)澄清石灰水不變渾濁，這說明脫脂棉已除去乙醇蒸氣。在點燃H2時無需驗純，這是因為球形干燥管的容積約為33.2mL，一粒黃豆大小的金屬鈉體積約為2.6cm3，產(chǎn)生約126.5mL(近4倍于干燥管體積)的氫氣迅速充滿干燥管，能夠排凈干燥管內(nèi)的空氣，因此可以省略驗純的步驟。

（四）應用變色原理 強化物質(zhì)性質(zhì)

反應結(jié)束后，脫脂棉的顏色由原來的橙紅色變?yōu)榫G色，這是由于乙醇具有還原性，能夠?qū)⒊燃t色的重鉻酸根離子還原為綠色的三價鉻，同時這也是檢測酒駕的原理，體現(xiàn)了化學在生活中的應用，并為選修五中“醇的性質(zhì)”的學習作鋪墊。向反應后的溶液中滴加酚酞，觀察到溶液變紅，說明生成物顯堿性，從而使學生更好地了解乙醇鈉這種物質(zhì)。

實驗改進后的裝置簡單、一體化，實驗時間短，現(xiàn)象明顯，實驗過程中無需檢查裝置氣密性及驗純氣體。自制的石墨(Al2O3)導管，變廢為寶、使用方便、綠色環(huán)保。在原有實驗基礎(chǔ)上，適當補充了一些操作步驟，有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探究精神，使學生明白，化學實驗取之于生活，也應用于生活。