乙醇與鈉反應的新裝置及教學實踐

林曉霞

摘要： 利用注射器和輸液器制作了一個成本低、實用性強的乙醇與鈉反應的新裝置，克服了傳統(tǒng)教材實驗的不足，具有試劑用量少、現(xiàn)象明顯、結(jié)果準確、實驗可分步操作且可暫停等特點。改進后的實驗操作簡便、環(huán)保安全，既可作為課堂演示實驗，也可作為學生的自主性實驗。

關(guān)鍵詞： 乙醇與鈉反應; 一體化實驗; 實驗裝置改進; 實驗探究

文章編號： 10056629（2022）09007203

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

“乙醇與鈉反應”實驗是現(xiàn)行高中化學必修教材中的一個重要的學生必做實驗[1]。該實驗旨在通過檢驗乙醇與鈉反應的產(chǎn)物為氫氣，證明乙醇中含有羥基，幫助學生認識有機化合物的官能團概念，建立有機化合物中“官能團決定其化學性質(zhì)”的學科思想。

在實際教學中，教材實驗存在以下不足： （1）實驗藥品用量大，火焰小，現(xiàn)象不明顯。（2）產(chǎn)物檢驗容易受乙醇蒸氣的干擾。（3）實驗進程很快，有排氣、收集、驗純、點燃等步驟，操作不易把控。若氫氣點燃早了，不純易爆炸;點燃晚了，氫氣量不足，點不著，實驗容易失敗。

查閱文獻發(fā)現(xiàn)，已有不少研究者對實驗裝置和方法進行了改進。通過重復試驗，筆者發(fā)現(xiàn)：

（1）大部分改進裝置省略了驗純，不利于引導學生學會正確的氣體點燃方法;（2）對于“反應進程過快，操作過于頻繁，沒有留給學生思考時間”的問題缺乏相關(guān)研究;（3）未有將該實驗由教師演示實驗改為學生自主實驗，充分發(fā)揮實驗培育素養(yǎng)功能的嘗試[2]。

因此，為改進教材實驗的不足并嘗試將實驗改進為學生自主實驗，筆者用注射器和輸液器等設計了一套一體化實驗裝置，應用于乙醇與鈉反應的實驗教學。

2 實驗方案

2.1 實驗材料和藥品

實驗儀器： 注射器4個（100mL 1個，10mL 2個，5mL 1個）、醫(yī)用輸液器（止水夾4個，T型管3個，針頭1個，滴斗1個，輸液管若干）、干冷小燒杯、鑷子

實驗藥品： 濾紙、米粒大小的金屬鈉、2mL無水乙醇、無水氯化鈣、澄清石灰水、肥皂水

2.2 實驗裝置

實驗裝置見圖1。

2.3 實驗步驟及現(xiàn)象

2.3.1 檢驗氣密性

關(guān)閉1、 2止水夾，打開3止水夾。往驗純裝置中加入肥皂水，液體進入注射器，但無法進入導管。一段時間后，肥皂水下方輸液管中液面未下移，則說明氣密性良好。

2.3.2 加反應試劑

往反應裝置中加入米粒大小的鈉，在加液裝置中加入2mL無水乙醇，除雜裝置滴斗內(nèi)放入無水氯化鈣（吸收氣體中的乙醇蒸氣[3]）。

2.3.3 乙醇與鈉反應

關(guān)閉2、 3止水夾，打開1止水夾。抽動反應裝置活塞，將無水乙醇吸入反應裝置中與鈉反應，關(guān)閉1止水夾。

現(xiàn)象： 反應器中鈉在乙醇中先沉后浮，有氣泡冒出，氣體收集裝置活塞右移。

2.3.4 驗純

氣體收集裝置活塞停止右移后，打開3止水夾。推動氣體收集裝置活塞，將少量氣體推入肥皂水中，肥皂水中產(chǎn)生泡沫，用帶火苗的木條靠近，點燃肥皂泡。

現(xiàn)象： 肥皂泡被點燃，發(fā)出“噗”的聲音。

2.3.5 檢驗

關(guān)閉3止水夾，打開2止水夾。將氣體收集裝置中的氣體勻速推入檢驗裝置中，點燃針頭處氣體，將干冷的小燒杯罩在火焰上，待燒杯壁上出現(xiàn)液滴后，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，向其中加入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象： 針頭處氣體被點燃，有火焰產(chǎn)生，火焰大小可通過活塞推入氣體速度進行調(diào)節(jié)。燒杯內(nèi)壁有液滴生成，倒轉(zhuǎn)燒杯加入澄清石灰水后，無明顯現(xiàn)象。

2.3.6 重復步驟4和5

若氣體收集裝置中仍有剩余氣體，可換下一位學生重復步驟4驗純和步驟5檢驗。

3 實驗教學片段摘錄

3.1 環(huán)節(jié)一： 問答互動，初探實驗

[師]通過前面的分析，我們已經(jīng)知道可利用什么反應來探究乙醇的結(jié)構(gòu)。

[生]可以利用乙醇與鈉反應，如果像水和鈉反應一樣生成了氫氣的話，就可以說明乙醇中含有像水一樣的O—H鍵。

[師]同學們看到各組的實驗裝置，這個裝置是由注射器和輸液器組成，我們提前在反應裝置中放入兩粒米粒大小的鈉，加液裝置中加入2mL無水乙醇。請同學們分組完成實驗，首先打開1號止水夾，拉動反應裝置活塞，將乙醇吸入鈉中進行反應，觀察實驗現(xiàn)象。

[生]鈉在乙醇中先沉后浮，有氣泡冒出，氣體收集裝置活塞右移。

[師]鈉先沉后浮的原因？

[生]先沉是因為鈉的密度大于乙醇，后浮是因為隨著反應進行鈉質(zhì)量減小，被氣體托起。

[師]對比與水反應，鈉與乙醇反應劇烈程度如何？

[生]較小。

[師]通過這個實驗我們能夠證明乙醇能與鈉反應生成氫氣，含有O—H鍵嗎？

3.2 環(huán)節(jié)二： 分析現(xiàn)象，再探實驗

[生]不能。只能說明反應產(chǎn)生了氣體，但不一定是氫氣。從元素組成上，還有可能是CO或者是CH4。

[師]怎么證明是H2呢？

[生]檢驗氣體燃燒產(chǎn)物！如果是氫氣，會有水霧但不能使澄清石灰水變渾濁。

[師]氣體中有沒有干擾物質(zhì)？

[生]有，乙醇蒸氣！因為乙醇易揮發(fā)，沸點低。

[師]是的，水霧可能是冷凝下來的乙醇蒸氣，也可能是乙醇燃燒產(chǎn)生的水霧。為了除去氣體中的乙醇蒸氣，我們在除雜裝置的滴斗中放入了無水氯化鈣進行吸收。

[師]分析完了，我們可以直接點燃氣體檢驗了嗎？

[生]不可以，點燃可燃性氣體前應該先驗純。

[師]是的，請同學們看到左邊的驗純裝置。請一位同學打開止水夾3，推動氣體收集裝置活塞，將少量氣體推入肥皂水中，產(chǎn)生肥皂泡。請另一位同學用帶火苗的木條靠近，點燃肥皂泡，觀察現(xiàn)象。如果是純凈的，則關(guān)閉止水夾3，打開止水夾2。請一名同學將氣體收集裝置中的氣體勻速推入檢驗裝置的針頭中，再請另一名同學點燃針頭處氣體，火焰大小可通過改變活塞推入氣體速度進行調(diào)節(jié)。再將干冷小燒杯罩在火焰上，待燒杯壁上出現(xiàn)液滴后，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，向其中加入澄清石灰水，觀察現(xiàn)象。

3.3 環(huán)節(jié)三——總結(jié)現(xiàn)象，得出結(jié)論

[生]我們小組點燃肥皂泡，發(fā)出“噗”的聲音，說明氣體比較純凈，可以點燃。

點燃針頭處的氣體后，罩在上方的干冷燒杯中有水霧，說明氣體有氫元素。加入澄清石灰水沒有明顯現(xiàn)象，說明氣體中沒有碳元素。綜上所述，可以證明這個氣體是氫氣！

[師]證明了……

[生]乙醇與鈉反應生成了氫氣，乙醇與水一樣含有O—H鍵！

4 實驗改進的優(yōu)點

4.1 簡便——手推活塞控氣流，火苗易觀察

解決了傳統(tǒng)實驗中因氣體點燃需在收集及驗純之后氫氣氣流變小，點燃后火焰小，實驗現(xiàn)象不明顯等不足。通過調(diào)節(jié)推動收集裝置活塞的力度大小來控制氣流，增大火苗，放大現(xiàn)象，使學生對實驗有更直觀的視覺感知，不僅印象深刻，更有利于學生的記憶和興趣培養(yǎng)。

4.2 環(huán)?！獙嶒炘噭┯昧可?，環(huán)保又安全

改進實驗藥品用量少，將鈉的用量減小至米粒大小，無水乙醇從8mL減少至2mL，保證現(xiàn)象明顯的同時，提高了安全性，且有益于環(huán)保，可以作為學生分組實驗自主進行。

4.3 準確——產(chǎn)物檢驗先除雜，得出結(jié)論無疑議

通過除雜，避免了傳統(tǒng)實驗中檢驗H2時乙醇蒸氣的干擾，提高了實驗結(jié)果的準確性，提升了學生的學習成就感。在產(chǎn)物檢驗中引導學生對產(chǎn)物中雜質(zhì)的分析與除去方法的選擇，有利于培養(yǎng)學生思維的嚴密性，促進“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4.4 適合引導思考——分步實驗可暫停，留足時間思考

利用創(chuàng)新裝置中裝置分區(qū)的特點，加以止水夾，使得乙醇與鈉的反應、驗純、檢驗等彼此獨立，分步進行，解決了傳統(tǒng)實驗中實驗進程太快操作過于頻繁，學生難以兼顧，缺乏思考時間的問題。在反應開始后，將氣體自動收集到注射器中，無需擔心操作時機把握不準，致使氣體不純或氣流過小不利于點燃。并且可以利用收集氣體的時間引導學生認真觀察現(xiàn)象細節(jié)，分析推導乙醇的密度、氫氣活潑性等重要信息。在收集后無需著急點燃檢驗，教師可創(chuàng)設層層遞進的問題情境，引導學生一步一步深入分析，討論實驗，預測現(xiàn)象，再進行實驗驗證，得出結(jié)論，培養(yǎng)學生逐步設計實驗解決問題的能力。在思考中充分發(fā)揮實驗的育人功能，培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)。

4.5 材料便宜易得——制備、收集、驗純、檢驗一體化，材料易得成本低

一體化的實驗裝置，操作簡單，重復性好。實驗裝置總成本低，即使是實驗器材較為匱乏的農(nóng)村地區(qū)也能方便制作使用，不需要專門訂制儀器，也不易損耗，具有一定的推廣性。

參考文獻：

[1]課程教材研究所化學課程教材研究開發(fā)中心. 普通高中教科書·化學（必修第二冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2020： 77～78.

[2]黃祝軍. 三種優(yōu)化乙醇與金屬鈉反應的實驗方案[J]. 化學教與學， 2018， （8）： 96～97.

[3]吳國鋒. 乙醇與金屬鈉反應實驗的改進[J]. 化學教學， 2011， （3）： 41.