鈉與水反應(yīng)實驗教學(xué)實錄與反思

宋正華

摘要： 本文通過金屬鈉與水反應(yīng)的實驗教學(xué)，探究“確定金屬鈉密度小于水”的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞： 金屬鈉與水反應(yīng)實驗教學(xué)實錄反思

1.設(shè)計思想

金屬鈉與水反應(yīng)的實驗是認(rèn)識、學(xué)習(xí)金屬鈉部分性質(zhì)的有效途徑，同時也有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察、思考和分析解決化學(xué)問題能力，因此備受廣大中學(xué)教育工作者的關(guān)注［１—３］，然而，實驗中由于鈉與水在接觸面反應(yīng)有氣體產(chǎn)生，由“鈉與水反應(yīng)時浮在水面上”直接得出“鈉的密度與水的密度大小關(guān)系”［4—6］值得商榷，基于此，我進(jìn)行了實驗探究教學(xué)。

2.課前準(zhǔn)備

教師、實驗員準(zhǔn)備以下相關(guān)材料：

（1）藥品、試劑：金屬鈉（綠豆粒大小保存于煤油中）；蒸餾水；酚酞。

（2）實驗儀器、用品：小燒杯；25mL量筒；25mL酸式滴定管；表面皿；鑷子；濾紙。

說明：以上儀器、試劑、用品等各按兩人一套準(zhǔn)備，用于學(xué)生分組實驗。

3.教學(xué)過程

教師：講解實驗要求，組織并指導(dǎo)學(xué)生有序進(jìn)行分組實驗。

學(xué)生：分組完成實驗，整理、填寫實驗記錄。

學(xué)生：交流所觀察實驗現(xiàn)象和相應(yīng)的可能原因。

教師：思考、討論“由鈉與水反應(yīng)時浮在水面上直接得出鈉的密度小于水的密度是否合適”，為什么？

學(xué)生：不太合適，因為鈉非常活潑，遇水即在接觸面發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣體，氣體對鈉球產(chǎn)生一種向上的推力，鈉處于水面上不完全是水對鈉的浮力大于金屬鈉的重力的原因。

教師：回答得很好，那么我們?nèi)绾未_定金屬鈉的密度小于水呢？

學(xué)生：查數(shù)據(jù)。

教師：影響物質(zhì)密度的外界條件有哪些？

學(xué)生：溫度和壓強(qiáng)。

教師：金屬鈉的密度［７］：20℃，0.971g·cm-3；水的部分密度表：

教師：對于固態(tài)物質(zhì)或液態(tài)物質(zhì)來說，氣壓對其體積影響不大，所查數(shù)據(jù)未標(biāo)明氣壓。

［演示實驗］演示20℃的金屬鈉投入到82—85℃的水中反應(yīng)實驗。現(xiàn)象：金屬鈉投入到水中的瞬間浮于水面非常劇烈的反應(yīng)，多次實驗最后均發(fā)生燃燒。實驗表明，忽略金屬鈉投入到水中瞬間，金屬鈉溫度的變化，盡管當(dāng)水溫大于82℃時，水的密度小于20℃時金屬鈉的密度，然而金屬鈉投到水中的瞬間并沒有沉于水面以下，證明了金屬鈉與水反應(yīng)生成氣體對金屬鈉浮于水面的作用。

教師：結(jié)合金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)，思考精確的金屬鈉密度是如何獲得的呢？

學(xué)生：最好在無水、無氧的環(huán)境下測定，因為金屬鈉在室溫下容易與水或氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而影響金屬鈉的質(zhì)量、體積的精確測定。

教師：簡單介紹一個無水、無氧條件下的有機(jī)實驗裝置，連接的氮氣或氬氣氣球，反應(yīng)溶劑的無水處理，此實驗對測定金屬鈉的密度有什么啟示？還有哪些不足？

學(xué)生：測定金屬鈉的密度可以在氮氣或稀有氣體的氛圍下進(jìn)行，并對用到的液體進(jìn)行無水處理；裝置太小，無法將儀器放入進(jìn)行操作。

教師：展示燒杯、量筒和滴定管。

學(xué)生：通過觀察三種儀器的分度值來得知精確度最高的是滴定管。

教師：圖片展示手套箱，介紹手套箱概念，即：手套箱是將高純氮氣或惰性氣體充入箱體內(nèi)，并循環(huán)過濾掉其中的活性物質(zhì)的實驗室設(shè)備，介紹其儀器結(jié)構(gòu)和功能：對O2、H2O及有機(jī)氣體的清除，廣泛應(yīng)用于無水、無氧、無塵的超純環(huán)境，操作功能：對溫度、氣壓控制等，講解可以通過煮沸的方法除去溶劑中的氧氣，加入干燥分子篩的方法除去溶劑中的水。

教師：組織學(xué)生根據(jù)圖示儀器，討論金屬鈉的密度精確測定主要程序。

學(xué)生：首先對所用溶劑進(jìn)行無水、無氧處理，然后將試劑、儀器放入手套箱，通氮氣或稀有氣體，調(diào)整溫度為20℃和壓強(qiáng)一個大氣壓，戴上手套進(jìn)行操作，廣口瓶內(nèi)取出鈉塊，擦干切去氧化層，放入小燒杯在電子天平（千分之一或萬分之一）上精確稱量，再將鈉塊放入裝有一定量煤油的滴定管中，觀察滴定管內(nèi)液面變化，計算出鈉塊體積，進(jìn)而計算出該條件下金屬鈉的密度。

學(xué)生：整理本節(jié)課收獲：觀察了金屬鈉與水反應(yīng)現(xiàn)象，認(rèn)識了金屬鈉的一些物理、化學(xué)性質(zhì)，探究了“確定金屬鈉密度小于水”的關(guān)鍵因素，了解了活潑金屬的密度測定可以在手套箱內(nèi)完成。

4.教學(xué)反思

通過金屬鈉與水反應(yīng)的實驗教學(xué)，學(xué)生不僅觀察了鈉與水反應(yīng)的實驗現(xiàn)象，而且探究了“確定金屬鈉密度小于水”的關(guān)鍵因素，即需要在同溫同壓下，分別對二者的密度進(jìn)行測定。結(jié)合金屬鈉密度測定的外界影響條件，加深了對金屬鈉的部分化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識，此探究實驗也有助于理解以后學(xué)習(xí)中遇到的“盡管金屬鈉密度大于乙醇，然而乙醇與鈉反應(yīng)的過程中鈉粒會在其中上升”的現(xiàn)象，學(xué)生深入思考的態(tài)度得到了培養(yǎng)，遺憾的是：首先，沒有查到不同溫度下金屬鈉的密度，所以金屬鈉與82—85℃的水反應(yīng)演示實驗比較粗略；其次，由于實驗條件有限，學(xué)生未能親自在手套箱內(nèi)完成金屬鈉密度的測定，然而本次探究的意義并非獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)結(jié)果，而重在深入思考分析的過程與方法。

參考文獻(xiàn)：

［1］葉凱航，陳迪妹，元立亭.鈉與水反應(yīng)實驗的改進(jìn)［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2012，（2）：95.

［2］曹廣雪.鈉與水（或無水乙醇）反應(yīng)實驗的改進(jìn)［J］.化學(xué)教育，2011，（2）：64.

［3］劉文明.鈉與水反應(yīng)實驗的改進(jìn)［J］.實驗教學(xué)與儀器，2011，（1）：26.

［4］宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書化學(xué)（必修1）［M］.第3版，北京：人民教育出版社，2007：50.

［5］姚子鵬主編.高級中學(xué)課本化學(xué)拓展型課程（試用本）［M］.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2009：117.

［6］武漢大學(xué)編.無機(jī)化學(xué)（下冊）［M］.北京：高等教育出版社，1994，第3版，：795.

［7］北京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室等.無機(jī)化學(xué).（下冊）.第4版，北京：高等教育出版社，2003：649.