鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的微型化設(shè)計(jì)

伍 強(qiáng)

湖北省天門中學(xué)(431700)

1 背景

教材實(shí)驗(yàn)有以下缺點(diǎn):第一,反應(yīng)在水面上進(jìn)行,鈉受熱后易與空氣中的氧氣發(fā)生副反應(yīng)；第二,鈉塊用量過大易發(fā)生爆炸；第三,該設(shè)計(jì)不能檢驗(yàn)氫氣?，F(xiàn)有改進(jìn)實(shí)驗(yàn)一般是用氫氣、煤油等將鈉保護(hù)起來,避免了副反應(yīng)的發(fā)生,但這類設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置較為復(fù)雜,限制了其推廣。還有部分改進(jìn)實(shí)驗(yàn)是在鈉表面包裹一層物質(zhì),如鋁箔、502膠水等,減慢了鈉與水反應(yīng)的速率、提高了實(shí)驗(yàn)的安全性,但用鋁箔包裹有副反應(yīng)發(fā)生,用502膠水包裹操作較為復(fù)雜且膠水溶劑易揮發(fā),有一定毒性。為了克服以上缺點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)了一套鈉與水反應(yīng)的微型化裝置。

2 實(shí)驗(yàn)用品

(1)實(shí)驗(yàn)室中的常規(guī)儀器與試劑:單孔橡皮塞、金屬鈉、蒸餾水、酚酞溶液。

(2)從生活中較易獲得的物品:青霉素小瓶、透明膠帶、粗銅絲、牙簽、廢棄的中性筆芯、保鮮膜、防火膠布、打火機(jī)。

3 實(shí)驗(yàn)裝置圖及說明

如圖1所示,蒸餾水和洗潔精溶液盛放在2個(gè)青霉素小瓶中,2個(gè)小瓶用透明膠帶固定在一起。將1塊綠豆大小的金屬鈉用保鮮膜包裹好,鑲嵌在用粗銅絲繞成的螺旋狀圓筒中。粗銅絲的上端插入單孔橡皮塞中。單孔橡皮塞上的彎導(dǎo)管由1根廢棄的中性筆芯制成,其插入洗潔精溶液的一端,用防火膠布包裹。

4 實(shí)驗(yàn)操作

首先,將1根牙簽扎入螺旋狀圓筒中,穿透圓筒,從另一端穿出,抽出牙簽。然后,向裝有蒸餾水的小瓶中滴入1滴酚酞溶液,并將單孔橡皮塞塞入小瓶,此時(shí),導(dǎo)管恰好插入裝有洗潔精溶液的小瓶中?？梢杂^察到,酚酞溶液變?yōu)榧t色,可推知反應(yīng)生成了氫氧化鈉。還可觀察到,有氣泡從圓筒兩端冒出,裝有洗潔精溶液的小瓶中有氣泡堆積,并溢出瓶口,將打火機(jī)的出氣量調(diào)至最小,打火,觀察火焰大小,然后將打火機(jī)靠近瓶口,打火,觀察火焰大小。對比兩次火焰大小,可知反應(yīng)產(chǎn)生的氣體為可燃性的氫氣。

5 改進(jìn)的意義

因?yàn)殁c易燃易爆,現(xiàn)已成為管控藥品,購買不易,在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中不能選擇太大的鈉塊。本實(shí)驗(yàn)采用微型化設(shè)計(jì),將鈉的用量減為綠豆大小,節(jié)約了藥品用量。

本實(shí)驗(yàn)將鈉鑲嵌在螺旋狀圓筒中,并一直置于水面之下,反應(yīng)放出的熱被水吸收,整個(gè)體系的溫度不會(huì)超過水的沸點(diǎn),因此,本實(shí)驗(yàn)安全性較高，不會(huì)發(fā)生爆炸。由于鈉在水面下反應(yīng),避免了與空氣中的氧氣發(fā)生副反應(yīng),增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

本實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)的檢驗(yàn)氫氣的裝置,反應(yīng)靈敏度較高,即使氫氣的量很少,也能檢驗(yàn)。而且檢驗(yàn)過程中氫氣只發(fā)生了輕微燃爆,安全性較高。