Na與H2O反應實驗裝置的改進

李亞東

一、研究背景和意義

Na 與H2O 的反應實驗是初中高中堿金屬一章節中的經典實驗。在高中經典實驗“金屬鈉與水的反應”中，教學演示實驗往往是這樣做的，從煤油中取出一塊金屬鈉，用濾紙吸干凈表面的煤油后，用小刀切取綠豆大小的一小塊金屬鈉.切口呈現銀白色的金屬光澤，但光澤迅速消失、變暗，原因是鈉與空氣中的氧氣迅速反應。將這小塊鈉投入注有水的表面皿或燒杯中，水中，鈉浮于水面，劇烈反應，急速游動，并熔成一個閃亮的小球，逐漸縮小，最后完全消失，在溶液中滴加酚酞，溶液變紅。

傳統實驗只是將鈉塊放入到水中，觀察其反應現象，如圖1所示。如果要收集鈉與水反應生成的氫氣要用圖2所示排水法來收集，并爆鳴，等等因此學生對鈉與水反應的只有定性的認識也沒有定量去研究，定性可能也是不全面的，如反應生成物中氫氣只能爆鳴而不能看到其燃燒。如何能使反應過程生成的氫氣能收集起來，并能在空氣中燃燒（點燃），加以驗證呢？

針對教材中，鈉與水演示實驗存在不足的問題，我們認為為了能在初中、高中化學課堂教學中有效進行“鈉與水反應”的實驗教學，充分發揮化學實驗教學的教育功能，對鈉與水反應的演示實驗作了進一步的改進是必要而且有意義的。

二、研究設想和過程

基于前人對“Na 與H2O 反應的教學儀器 ”實驗裝置的研究，筆者得出了該研究項目，旨在借鑒前人研制項目的優點，制作出一套能集展示反應現象、收集反應生成氣體、并能點燃為一體的“Na 與H2O”一體化演示實驗教具替代教材中的在燒杯中做Na 與H2O 的反應實驗。

三、研究成果1.實驗裝置（如圖3所示）

2.實驗操作說明

（1）檢查裝置的氣密性。

（2）用鐵架臺將高低U形管夾平，然后從低端管口注滿水，并在管口滴1滴～2滴酚酞。

（3）切割一小塊金屬鈉，并用濾紙將煤油吸干。然后迅速塞住U形管的另一端，讓金屬鈉與水充分反應。

（4）待反應完畢后，用手打開玻璃閥門，控制氣體的流量，用酒精燈在尖嘴處點燃。

（5）實驗現象：鈉與水劇烈反應，熔成閃亮的金屬小球，并在液面上游動；發生反應的U形管低端液面迅速下降，另一側高端管中液面上升，有水貯存；且U形管鈉與水反應的一側管內的溶液變紅。點燃氣體時，可見氣體安靜的燃燒，火苗較長，且火焰呈淡藍色，直至氣體耗盡。

（6）實驗結論：滴有酚酞的水變紅，說明有堿生成，據參與反應的物質所含元素分析一定是氫氧化鈉。發生反應的一端液面下降，證明有氣體生成，據參與反應的物質所含元素分析，生成的氣體要么是氫氣，要么是氧氣。因為生成的氣體能夠安靜的燃燒，且有淡藍色的火焰，證明生成的氣體一定是氫氣。反應化學方程式為：

2Na+2H2O2NaOH十H2↑

3.裝置改進的意義

（1）組裝方便，實驗儀器簡單

第一次組裝好后，重復實驗時安裝比較方便。本實驗裝置分為二部分，一是特殊U形管；二是尖嘴導管構成的閥塞。實驗儀器簡單，可循環使用，降低實驗成本。

（2）操作簡單，便于教師演示

該實驗是將反應裝置和氣體的收集裝置連成一體，利用產生的氣體造成一定的壓強，將壓出的水貯存在一側較長的管內，同時將生成的氣體貯存起來。在氣體點燃時，貯水一側的水能順利地將氣體壓出，有利于氣體的點燃；因為起始液面等高，壓出氣體時不至于將水壓到容器外邊，同時又能將氣體全部壓出，不會殘留。火苗的大小可通過控制玻璃閥來控制，該裝置的自動化程度比較高。

（3）氣體純凈，實驗安全有保障

反應前，U形管中注滿了水，迅速將放有鈉的帶有尖嘴的玻璃閥塞在U形管的一端，此時形成了充滿水的密閉體系，生成的氣體中不會混有空氣。雖然鈉與水反應是放熱反應，但因生成的氣體中沒有混有空氣，不會發生爆炸。鈉的用量只影響生成氣體的量，不影響實驗安全。鈉少，生成的氣體較少，燃燒時間較短；鈉多，生成的氣體較多時，據液壓原理可知，最多也只能收集到與U形管底端液面持平處，多余的氣體會從裝有貯水裝置的一端中溢出，同時也不會混入空氣，實驗科學，安全也有保障。

（4）現象明顯，便于學生觀察分析

在進行該實驗時，因為能收集到純凈的氣體，點燃時能見氣體安靜地持繼燃燒，有淡藍色的火焰等明顯實驗現象，有利于學生觀察實驗現象。

（收稿日期：2014-09-03）