鈉與硫爆炸反應實驗的設計

王培明+齊俊林

摘要：為拓展演示實驗內容，利用塑料油桶、玻璃棒、燃燒匙、金屬鈉和硫粉等材料，設計了鈉與硫爆炸反應實驗裝置及方法。利用該方案，可使實驗能在安全可控條件下進行，學生能觀察到反應爆炸時發出強烈的火光，同時又能避免反應產物對環境的污染。實踐表明，該實驗能夠極大地激發學生學習興趣，培養學生創新意識，增強學生對知識的感性認識。

關鍵詞：鈉；硫；演示實驗設計；化學實驗教學

文章編號：1005–6629（2015）1–0055–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

鈉與硫的反應是高中化學中的重要反應，也是硫的化學性質的重要特征反應。但由于鈉與硫的反應比較劇烈，容易發生爆炸，且污染環境，因此現行教材中沒有介紹該實驗的操作方法，致使許多教師一般也不敢輕易做該演示實驗。筆者在講課時發現學生對演示實驗有著濃烈的興趣。例如：學生對現行高中化學教材[1]“鈉在空氣中燃燒實驗”就非常感興趣。為此，我們對鈉與硫反應實驗也進行了潛心研究，并取得了突破性進展。現將研究結果介紹如下，以供參考。

1 原理分析

由于金屬鈉的化學性質很活潑，能與很多非金屬直接化合。鈉與硫在微熱或研磨條件下很容易發生反應，反應很劇烈，甚至發生爆炸，生成硫化鈉。筆者也曾拜讀過某些學術期刊上有關該實驗的方法[2，3]。他們采用鈉與水反應發熱引發該反應，但是這些方法產生的副產物二氧化硫污染教學環境或者反應物過多會給實驗造成干擾，學生會認為反應物不只是鈉與硫，其實還有水。筆者采用灼熱的玻璃棒引發實驗，簡便易行，避免干擾因素；采用透明塑料桶做防護罩，既不影響現象觀察，又避免爆炸帶來的危險；同時將反應物、生成物及副產物封閉，最后有害氣體被碳酸鈉溶液吸收，起到消除環境污染的作用。

2 實驗設計

2.1 實驗用品

去底塑料油桶（5L）1個（如圖2所示）、塑料水槽1個、6號橡膠塞1個、玻璃棒2根、燃燒匙1個、酒精燈1盞、火柴1盒、玻璃片、小刀、打孔器、剪刀、燒杯（50mL）1只、膠頭滴管1支、試管1支。

金屬鈉、硫粉、10%碳酸鈉溶液、醋酸鉛溶液、蒸餾水、凡士林。

2.2 實驗材料的加工

2.2.1 橡膠塞的加工

取1個6號橡膠塞，在中央用打孔器打一個直徑比玻璃棒直徑略小的圓孔，然后插入玻璃棒。

從橡膠塞的小頭端插入燃燒匙的金屬柄，在膠塞外面將金屬柄彎成一個直角彎（如圖3所示），將與膠塞接觸處的燃燒匙的金屬柄上涂上凡士林。

2.2.2 塑料油桶的加工

取容積為5L塑料油桶，剪掉底部。用直徑較大的打孔器在距下邊緣0～8cm范圍的側壁上打出若干個小孔，將側壁底邊用剪刀剪成鋸齒狀（如圖4所示）。

2.2.3 金屬鈉的加工

取綠豆粒大小的金屬鈉，去掉表面氧化物后，用小刀在玻璃片上將其切成碎屑。

2.3 實驗裝置

燃燒匙內為金屬鈉的碎屑（綠豆粒大小金屬鈉切成）和1g左右的硫粉的混合物；水槽中盛有10%的碳酸鈉溶液，使去底塑料桶側面上的小孔全部被浸沒；與膠塞接觸處燃燒匙的金屬柄上涂有凡士林，以減小上下移動和轉動時的摩擦力（如圖5所示）。

2.4 實驗方法及其現象

（1）取下帶有玻璃棒、燃燒匙的橡膠塞（如圖3所示），搖動燃燒匙的金屬柄使之帶動燃燒匙水平旋轉180°，使燃燒匙的凹部背離玻璃棒（如圖6所示）。然后在燃燒匙內加入金屬鈉碎屑和硫粉的混合物，上提燃燒匙的金屬柄，使燃燒匙內的藥品靠近膠塞（如圖7所示）。

（2）點燃酒精燈，用酒精燈加熱玻璃棒的下端，當其紅熱時，立即將橡膠塞上燃燒匙的金屬柄向下移動，使燃燒匙移至玻璃棒下方1～2cm處（如圖8所示），水平旋轉燃燒匙的金屬搖柄180°，使玻璃棒下端正對著燃燒匙內的藥品但不接觸（如圖9所示），將該膠塞迅速塞緊到無底塑料油桶的桶口處；迅速上提燃燒匙的金屬柄，使紅熱的玻璃棒下端與鈉和硫的混合物接觸（如圖5所示），片刻，可觀察到火光一閃，鈉與硫發生反應（2Na+S=Na2S），同時聽到“砰”的一聲爆炸聲（無底塑料油桶不會炸破）；生成的副產物二氧化硫氣體可被碳酸鈉溶液吸收掉。

（3）將燃燒匙內的生成物轉移到盛有30mL蒸餾水的小燒杯中，用玻璃棒充分攪拌，靜止片刻后，用膠頭滴管從小燒杯的液面下方吸取少量澄清液，并將其滴入到盛有醋酸鉛溶液的試管中，可以觀察到試管中有黑色沉淀生成[Pb（CH3COO）2+Na2S=PbS↓+ 2CH3COONa]，由此說明鈉與硫反應生成了硫化鈉。

3 實驗說明

（1）金屬鈉碎屑和硫粉混合要均勻，用量千萬不要太多（綠豆粒大小金屬鈉和1g左右的硫粉），防止爆炸強度過大。

（2）實驗所用水槽和防護罩（無底塑料油桶）都是塑料制品，可以大大降低實驗的危險性。

（3）無底塑料油桶上打孔、底邊剪成鋸齒狀，可減少爆炸時對防護罩的沖擊力。

（4）用10%碳酸鈉溶液代替氫氧化鈉溶液吸收副產物二氧化硫，以減少濺出時對人體的傷害。

參考文獻：

[1]人民教育出版社化學室編著.全日制普通高級中學教科書·化學（第一冊）（必修）[M].北京：人民教育出版社，2003：29.

[2]喬紅元.鈉與硫反應實驗研究[J].化學教學，2005，（4）：6～7.

[3]賈同全.鈉和硫反應實驗的微量化設計[J].化學教學，2012，（8）：47，50.