鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)

林秀麗

摘要： 針對(duì)蘇教版化學(xué)必修第一冊(cè)“鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”存在的不足，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料對(duì)比分析和實(shí)踐摸索，新設(shè)計(jì)一套由透明玻璃瓶、截短的直形安全漏斗、T形管等組成的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置可供學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)，具有操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象豐富、安全性高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 鈉與水反應(yīng); 實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn); 探究實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)： 1005-6629（2022）05-0075-03

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

鈉是高中階段學(xué)生學(xué)到的第一種典型的金屬元素，也是高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中要求掌握的重要元素知識(shí)之一。通過(guò)對(duì)鈉的主要化學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究，可初步掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)其他金屬元素有指導(dǎo)性作用，因此盡可能地讓學(xué)生去動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。鈉與水的反應(yīng)是鈉的主要化學(xué)性質(zhì)之一，若按教材中把擦去煤油的綠豆大小的鈉粒直接投入到有水的敞口燒杯中，只能知道生成了堿性物質(zhì)，無(wú)法根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出全部產(chǎn)物，同時(shí)還存在鈉與火星飛濺出來(lái)的安全隱患。

1 研究現(xiàn)狀概述

為完善教材中的實(shí)驗(yàn)，許多一線教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，大多是為了提高該實(shí)驗(yàn)的安全性和成功率，以及增加實(shí)驗(yàn)的趣味性。通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料進(jìn)行對(duì)比分析，歸納為如下五種啟示方案（圖1～圖5）。

以下五種方案都是用酚酞指示劑來(lái)檢驗(yàn)堿性物質(zhì)的生成，用點(diǎn)燃法或爆鳴法檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物。通過(guò)對(duì)比，列出以下各啟示方案的可行性分析表（如表1所示）。

分析上表可知，每種方案都要控制好鈉的用量，控制好鈉的用量是實(shí)驗(yàn)成功和安全的基本條件。但是鈉的用量沒(méi)有一個(gè)參照的輔助實(shí)物，學(xué)生很難控制好用量。啟示方案1，裝置雖簡(jiǎn)單，但漏斗的重量、水位的高低以及鈉的大小必須協(xié)調(diào)好。這種半封閉的裝置能使氣體和熱量快速地釋放出來(lái)，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性;啟示方案2，用針頭吸入6毫升水并控制鈉和水不接觸，這個(gè)操作對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度太大，而點(diǎn)燃?xì)怏w的方法來(lái)驗(yàn)證氫氣的產(chǎn)生還是可借鑒的;啟示方案3，用坩堝鉗快速將鈉送至塑料瓶口與水反應(yīng)，且立即塞上瓶塞并關(guān)閉彈簧夾的操作，

對(duì)高一學(xué)生來(lái)說(shuō)難度很大。但其選擇較大空間的反應(yīng)容器，利用排水法收集氣體并用點(diǎn)燃法和爆鳴法驗(yàn)證氣體的思路值得采納;啟示方案4，鈉塊的大小不好衡量。鈉塊太大，試管空間太小，搖晃時(shí)存在安全隱患。鈉塊太小，產(chǎn)生的肥皂泡太少又容易消失。但利用肥皂泡來(lái)檢驗(yàn)氫氣的方法能給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)趣味性，值得采納;啟示方案5，空間太小，鈉粒太大，存在安全隱患。若鈉粒太小，生成氣體太少容易驗(yàn)證失敗。鈉粒在煤油層中上下舞動(dòng)，雖然能產(chǎn)生趣味現(xiàn)象，但是萬(wàn)一操作不當(dāng)很容易著火。鈉與煤油的密度比較通過(guò)鈉的儲(chǔ)存方式即能判斷，因此，沒(méi)必要加煤油進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 新設(shè)計(jì)的方案

通過(guò)對(duì)比探究上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多番嘗試、整改、摸索，設(shè)計(jì)出一套可供學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)單裝置，介紹如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

鈉與水反應(yīng)： 2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.2 裝置組裝

組裝材料： 直形安全漏斗（玻璃管內(nèi)徑4mm，下文簡(jiǎn)稱漏斗）、內(nèi)徑5mm的T形玻璃管1支、內(nèi)徑5mm的短直角玻璃管、13號(hào)橡膠塞（直徑55～68mm）、口徑與橡膠塞配套的透明玻璃瓶（口徑60～65mm）、2段適當(dāng)長(zhǎng)度白色硅膠管、金剛石玻璃刀（或小砂輪片）

組裝步驟：

（1） 用金剛石玻璃刀將漏斗的玻璃管截?cái)?，留下約5厘米長(zhǎng)即可。另取1支T形管，將其橫的一端截短，使T形管等長(zhǎng)的3端變成等長(zhǎng)的2端與2～3厘米長(zhǎng)的1端。將硅膠滴瓶帽子剪短，使其剛好可以套在T形管2～3厘米端的管口，作為管口蓋帽（以下統(tǒng)稱管帽）。

（2） 給13號(hào)橡膠塞開(kāi)孔使套上帶硅膠管的玻璃管和T形玻璃管（可以剛好穿過(guò)去）。

（3） 將漏斗玻璃管插入橡膠塞，用硅膠管連上，與T形管另一端連接好。將漏斗倒扣到透明玻璃瓶中，調(diào)整橡膠塞使漏斗平口與玻璃瓶底部間隔一段距離。

（4） 將直角玻璃管與T形管豎的端口連接好。組裝好的實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

儀器： 組裝好的新裝置一套（含管帽）、升降臺(tái)1臺(tái)、培養(yǎng)皿1個(gè)、小刀1把、打火機(jī)1個(gè)、小木條1根、吸水性好的抹布1條、濾紙若干、內(nèi)徑5mm的T形玻璃管1支、鑷子1把、細(xì)玻璃棒1根、15×150mm試管1支、塑料滴管1根、塑料水槽1個(gè)

藥品： 金屬鈉、酚酞溶液、蒸餾水、肥皂水

實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象：

（1） 準(zhǔn)備。截短的漏斗以及與漏斗相連的T形管內(nèi)外須干燥，備用。往玻璃瓶中加適量蒸餾水（使水位在漏斗球形部位高度的1/2至2/3之間）并滴加3滴酚酞，往培養(yǎng)皿中倒入培養(yǎng)皿2/3高度的肥皂水，放在升降臺(tái)上備用（見(jiàn)圖7）。

（2） 取鈉。用鑷子從試劑瓶中取出一塊鈉塊放在濾紙上，擦干其表面煤油。手握T形管豎的一端，用T形管橫的一端鉆取一塊與管內(nèi)徑一樣的小鈉柱，把剩余的鈉放回試劑瓶。用細(xì)玻璃棒從T形管橫的另一端口伸進(jìn)去把鈉柱輕輕推出，并用小刀截取高度為5mm的小鈉柱（玻璃棒上有5mm長(zhǎng)度的標(biāo)記），多余的鈉放回瓶子。用過(guò)的濾紙放到有無(wú)水乙醇的燒杯中。（整個(gè)取鈉過(guò)程在干凈干燥的塑料板或石棉網(wǎng)上進(jìn)行。鈉柱可提前由教師切好，放在裝有煤油的透明小塑料瓶里。

（3） 固定鈉并調(diào)好水位。將小鈉柱放入漏斗底部，并用試管壓緊小鈉柱使其固定在漏斗與玻璃管的接口位置，然后將漏斗倒扣在玻璃瓶液面下，并蓋緊橡膠塞，調(diào)整好升降臺(tái)，使直角玻璃管口浸沒(méi)在肥皂水中（如圖7所示）。

（4） 啟動(dòng)反應(yīng)及現(xiàn)象。取下管帽滴加3滴水，再將管帽蓋在管口（有時(shí)需要捏一捏管帽），可以看到水沿著玻璃管壁流下與小鈉柱接觸，鈉開(kāi)始熔化隨后掉到漏斗溶液中，漏斗中的液面逐漸下降低于瓶中液面，溶液逐漸變紅，培養(yǎng)皿中肥皂液不斷冒泡。當(dāng)大部分鈉柱反應(yīng)后脫下管帽，點(diǎn)燃?xì)怏w，可觀察到安靜的燃燒現(xiàn)象，漏斗的液面恢復(fù)與玻璃瓶的液面一樣高，閃亮的鈉小球在水面上游動(dòng)并發(fā)出嘶嘶的響聲。當(dāng)鈉球只剩三分之一左右時(shí)蓋好管帽，觀察到漏斗中的液面又開(kāi)始逐漸低于玻璃瓶中的液面，培養(yǎng)皿中肥皂水繼續(xù)冒氣泡。反應(yīng)結(jié)束時(shí)，用燃著的木條點(diǎn)燃肥皂泡，可以聽(tīng)到尖銳的爆鳴聲。熄滅木條。

（5） 取下管帽，用塑料滴管往T形管口滴加水，確保漏斗底部玻璃壁上的鈉全部反應(yīng)掉。最后把玻璃瓶中的廢液和培養(yǎng)皿中的肥皂液倒入相應(yīng)的廢液缸中回收處理。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

鈉熔化說(shuō)明該反應(yīng)放熱。滴有酚酞的蒸餾水變紅，說(shuō)明生成了堿性物質(zhì)。點(diǎn)燃T形管口氣體，安靜地燃燒，證明氣體具有可燃性。結(jié)合點(diǎn)燃肥皂泡中不純的氣體，聽(tīng)到爆鳴聲的現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)過(guò)程產(chǎn)生的氣體是氫氣。

2.5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）裝置的氣密性由教師提前確認(rèn)好。（2）管帽下的一段玻璃管應(yīng)切割掉只留2～3厘米，以免點(diǎn)火時(shí)發(fā)生爆鳴。（3）實(shí)驗(yàn)前一定要確保截短的漏斗以及與漏斗相連的T形管內(nèi)外干燥，以免固定小鈉柱時(shí)就發(fā)生反應(yīng)。（4）實(shí)驗(yàn)前要削去鈉表面的固態(tài)氧化物雜質(zhì)并擦干煤油。（5）鉆取鈉柱的過(guò)程要在干燥的地方進(jìn)行，用過(guò)的濾紙要放在無(wú)水乙醇的燒杯里，避免殘留的鈉帶來(lái)安全隱患。（6）反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)前漏斗中的水位宜在漏斗球形部位高度的1/2至2/3之間，使鈉與水的反應(yīng)空間足夠大，觀察鈉粒游動(dòng)的現(xiàn)象最明顯。

3 新實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)于鈉的用量有一個(gè)明確的實(shí)體衡量輔助物，方便學(xué)生操作。（2）小鈉柱的直徑剛好比漏斗底部孔徑大1mm，配合試管壓緊可以將鈉固定住。（3）在新裝置中進(jìn)行反應(yīng)鈉的顆粒不會(huì)飛濺出來(lái)，生成的氣體和熱量可以快速排到肥皂水中，安全性很高。（4）產(chǎn)生氫氣的量足夠大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象豐富，用點(diǎn)燃法和爆鳴法共同驗(yàn)證氣體，實(shí)驗(yàn)過(guò)程操作簡(jiǎn)單，成功率幾乎100%。

參考文獻(xiàn)：

[1]高霞. 鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2020， （7）： 74.

[2]劉玉榮， 王陽(yáng). 鈉與水反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)綜述及新設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （12）： 75～80.

[3]伍強(qiáng)， 方娟， 蔡益. 鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2017， （8）： 73～75.

[4]畢曉昀， 張會(huì)清. 鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2020， （6）： 68～71.

[5]鞏永銳， 李忠恒， 周麗梅. 鈉與水反應(yīng)裝置的趣味化改進(jìn)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2021， （5）： 69～72.