鈉與水反應實驗的新設計

徐志宏 周正祥 李大成

摘要：在分析已有的鈉與水反應氣態產物檢驗實驗方案的基礎上，通過自制教具設計出更安全、更簡約、操作更簡便的實驗新方案。新方案有原材料來源廣泛、成本低廉、制作和攜帶方便、現象明顯、成功率高等優點。設計實踐過程還能引導學生在創新實驗中展現和提升學科能力。

關鍵詞：鈉與水反應；實驗改進；創新設計；自制教具

文章編號：1005–6629（2016）9–0051–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

新課程要求“開展以實驗為主的多種探究活動”，引導學生體驗科學研究的過程，培養學科能力和創新精神。金屬及其重要化合物不僅是中學化學學習的重要內容，而且也是落實這一要求的良好載體。普通高中化學課程標準（實驗）[1]要求，“根據生產、生活的應用實例或通過實驗探究，了解鈉、鋁、鐵、銅等金屬及其重要化合物的主要性質，能列舉合金材料的重要應用”。因此，在現行教材的基礎上補充和改進鈉與水反應氣態產物的檢驗實驗，能夠加深學生對鈉等活潑金屬性質的認識，有助于培養學生的學科能力和創新精神。

1 課題研究現狀介紹

為了幫助學生消除鈉與水反應的氣態產物是氫氣還是氧氣的疑惑，完整體驗科學探究的過程，教材編寫人員和教師也做過不少嘗試，設計出一些實驗方案。

方案1 在圖1[2]所示裝置中，用刺有小孔的鋁箔包裹小鈉塊，然后用鑷子夾住放在試管口下面，采用排水法收集氣體。反應結束后，取出試管，用爆鳴法檢驗氣體是否為氫氣。

方案2 在圖2[3]所示裝置中，先在礦泉水瓶中裝大半瓶水，然后用手擠壓至水面接近瓶口，迅速將扎有小鈉塊的橡膠塞塞進瓶口。反應結束后，取下塞子，迅速用爆鳴法檢驗氣體是否為氫氣。

方案3 在圖3[4]所示裝置中，在帶玻璃尖管的橡膠塞上，插一根大頭針，扎一小塊鈉，塞到注射器針筒上口。打開彈簧夾，向漏斗中注入滴加有酚酞試液的水，調節漏斗高度。在水與鈉接觸的瞬間，迅速關閉彈簧夾，固定漏斗。反應結束后，點燃收集的氣體，并在火焰上方罩一個干冷的小燒杯檢驗氣體是否為氫氣。

方案4 在圖4[5]所示裝置中，在U形管左端連接去底的倒置小礦泉水瓶，右端連接堿式滴定管下端的控制部件。實驗時，先向U形管中注入滴有酚酞的水，至右側液面剛好與管口齊平。再用固定在橡膠塞上的細針扎住鈉塊，迅速塞住右側管口。反應結束后，擠壓玻璃小球，用點燃法檢驗氣體是否為氫氣。

方案5 在圖5[6]所示裝置中，先向礦泉水瓶中加入50mL煤油，然后加入邊長為0.5cm的鈉塊，塞上帶有漏斗和導氣管的雙孔橡膠塞。再通過漏斗向瓶中加入滴有酚酞的水，直至瓶中氣體排盡，關閉活塞。當漏斗中溶液接近盛滿時，打開活塞，用點燃法檢驗氣體是否為氫氣。

五個方案都能收集反應產生的氣體，并且進行檢驗。但是也存在一些問題，具體情況見表1。

分析上表，可以得出進一步改進該實驗的幾點思路：第一，應該選擇具有較大反應空間的反應容器，并且排盡裝置中的空氣，讓氣體和熱量迅速釋放出來，確保實驗安全。第二，優化排水方法，是關系裝置簡化程度的主要因素，方案1的思路值得繼承。第三，鈉與水接觸操作的簡便性，是提高實驗成功率的關鍵因素，方案4的方法值得借鑒。第四，由于該實驗中沒有產生其他可燃氣體的可能性，所以爆鳴法是此處檢驗氫氣的最好方法，方案1、2的方法值得保留。

2 新設計方案介紹

基于以上分析，對該實驗進行了深入研究。經過多次嘗試，設計出一個更簡單、更方便、高成功率的實驗方案。

2.1 儀器及用品

鑷子、小刀、濾紙、鈉、水、酚酞試液、儀器A、儀器B、儀器C

2.2 實驗裝置及其制作

儀器A是反應前固定鈉塊的儀器。可用鉗子截去大頭針的頂端，將剩余部分戳入橡膠塞中制成。

儀器B是排水收集氣體的容器。可用剪刀截取飲料瓶頂端6～7cm高的瓶頸部分制成。

儀器C是接受排出液體的容器。可用剪刀截取飲料瓶底端7～8cm高的瓶底部分制成。

2.3 實驗操作步驟及現象

（1）將儀器B放入儀器C中，加水至液面離儀器B上邊緣1cm左右，滴加1～2滴酚酞試液，攪拌均勻。

（2）用小刀切取綠豆或黃豆大的鈉塊，用濾紙吸干鈉塊表面的煤油。

（3）用儀器A上的大頭針，輕輕扎住鈉塊，迅速塞到儀器B的上口。此時可以觀察到鈉塊熔成球狀，在儀器B中四處游動。儀器B上端逐漸出現一段無色氣柱，液面不斷下降，液體逐漸變成紅色。

（4）反應結束后，輕輕提起儀器A，平移至酒精燈火焰側面。

（5）迅速將儀器B的下口向斜上方翻轉。此時可以聽到非常明顯的爆鳴聲，火焰同時迅速偏移。

2.4 實驗注意點

（1）飲料瓶要選無色透明的，瓶體最好無花紋。

（2）儀器C可以用燒杯代替，最好比儀器B高1cm左右，避免反應中液體溢出。

（3）向儀器B中加水時，以液面與橡膠塞下邊緣剛好接觸為宜。

2.5 新實驗的優點

（1）原材料來源廣泛，成本低廉，制作簡單。

（2）裝置簡約、小巧，攜帶方便，可以反復使用。

（3）操作簡單，安全可靠，不僅可以應用于教師演示，而且可以用于學生分組實驗。

（4）現象明顯，成功率近100%。在移動儀器B的過程中，由于有空氣進入形成爆鳴氣體，點燃時爆鳴聲很響，教室的每個角落均能清晰聽到。

3 結語

改進后增加了鈉與水反應所得氣體產物的檢驗實驗，為學生創造了動手機會，加深了對金屬主要性質的認識，為后續學習奠定了堅實的知識基礎。初步嘗試了基于已有理論進行大膽預測、細心求證的學習方法，有助于深化對氧化還原反應等原理、規律的理解，逐步養成主動運用規律、原理解決實際問題的習慣，有利于學科能力的形成。引導學生體驗了科學探究的基本過程，滲透了創新能力的培養，有助于逐步形成嚴謹求實的科學態度，實現學習方式的轉變。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：11.

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