改進鈉及其化合物的實驗 提升元素化合物復習效率

鄭雅蘭+劉麗君

摘要：通過創新設計鈉及其化合物實驗，體現知識的系統性以及元素化合物作為其他部分知識載體的功能。由實驗引發問題，問題設計打破模塊界限，使學生認識和理解問題的視角發生轉變，在復習、鞏固和加深理解知識的同時，促進了學生思維能力的培養。

關鍵詞：創新實驗；鈉及其化合物；鈉與水；鈉與硫；知識整合及復習

文章編號：1005–6629（2017）3–0075–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

在現行上海二期課改教材中，元素化合物知識的編排更多的是考慮知識內容的切入以及難易程度等是否符合學生的認知特點，相對地淡化了學科知識的系統性[1]。學生在高一、高二初學元素化合物知識時，理論支撐較少，也沒有納入到元素周期表中學習，理論知識與元素化合物知識處于較嚴重的割裂狀態，沒有很好地融合。因此，高三元素化合物的復習教學除了幫助學生完成知識網絡的構建之外，還承載著將概念、原理、實驗、計算、物質結構等知識進行有機整合的任務，以此提升學生綜合運用知識解決問題的能力。

在目前的新高考背景下高三化學復習時間少、任務重，如何采取有效的復習手段提升復習的效果、提高學生的能力？筆者經過研究和實踐發現在高三元素化合物復習中，進行實驗優化整合，既能使學生保持適度的新鮮感，又能由實驗引發問題，通過問題的有效設計以及啟發、引導，使學生對元素化合物知識和化學基本理論形成多角度、全方位的認識，對知識的融會貫通起到了很好的引導作用。同時，使學生認識和理解問題的視角發生轉變，促進了對學生思維能力的培養。

下面就以改進鈉及其化合物的實驗為例加以說明。

2 實驗方案

2.1 儀器和藥品

大號培養皿、1000mL大燒杯、小坩堝、膠頭滴管、玻璃棒、鑷子、小刀、玻璃片、濾紙、藥匙

鈉塊、硫粉、蒸餾水、酚酞試液、1 mol/L的硫酸銅溶液、10%的氫氧化鈉溶液

2.2 操作步驟

（1）在1000mL的大燒杯中滴加少許硫酸銅溶液，再滴加少量氫氧化鈉溶液，生成藍色氫氧化銅沉淀（滴加的溶液量保證大燒杯倒扣時液體不會沿器壁流下），輕搖大燒杯，使藍色沉淀比較均勻地附著在大燒杯的底部內壁。

（2）在培養皿（直徑比大燒杯直徑略大）中加入約一半體積的蒸餾水，滴入少許酚酞試液。

（3）把坩堝蓋倒扣在坩堝上，在坩堝蓋的中心位置加入約半藥匙硫粉，將硫粉堆成小山丘狀，并在中心處用玻棒壓出一孔洞。取綠豆大小的一塊鈉（用濾紙吸干煤油）放在硫粉中心的孔洞中。再將坩堝及坩堝蓋整體移至培養皿的溶液中。

（4）用膠頭滴管向鈉上滴加一滴水后，迅速扣上步驟（1）準備好的大燒杯。如圖1、圖2所示。

2.3 裝置示意圖

2.4 實驗現象

金屬鈉遇水迅速反應放出的大量熱引發鈉和硫劇烈反應，火星四濺，大燒杯中充滿白煙；培養皿中酚酞溶液迅速變紅；大燒杯底部的藍色氫氧化銅沉淀部分變成了黑色。靜止，可觀察到大燒杯中的白煙逐漸褪去，藍色氫氧化銅沉淀最終幾乎全部轉變成了黑色。

3 實驗分析

鈉、硫的單質及其化合物的性質是高中階段學生要掌握的重要元素化合物知識之一，這些元素單質及其化合物的性質也是學習概念、原理、方法與發展能力的載體。

本實驗整合了鈉與水的反應、鈉與硫的反應、硫化鈉的水解反應、沉淀的轉化反應等實驗。實驗中除了體現元素化合物的知識外還涉及到反應熱、鹽類水解、平衡移動等化學基本理論知識。具體表現為：①金屬鈉遇水迅速反應放出大量的熱引發[2，3]鈉和硫反應，這涉及到金屬活潑性和化學反應熱的問題。②實驗中觀察到火星四濺，大燒杯中充滿白煙，這是鈉和硫劇烈反應生成的硫化鈉固體小顆粒。③培養皿中酚酞溶液變紅，是因為生成的硫化鈉是強堿弱酸鹽，水解顯堿性。④實驗開始后燒杯底部藍色的Cu（OH）2沉淀最后轉化成了黑色的CuS，體現出離子反應中的平衡移動思想。

4 留給學生思考的問題

本實驗操作簡單但現象非常明顯，大燒杯中火星四濺、充滿白煙、培養皿中酚酞溶液迅速變紅、燒杯底部的藍色氫氧化銅沉淀變成了黑色硫化銅，實驗現象深深吸引了學生。此時，學生探究的愿望非常強烈，實驗后問題的提出便是水到渠成。

（1）大燒杯中發生了哪些反應？你是根據什么現象判斷出大燒杯中所發生的反應？

（2）點燃或者加熱的條件下，鈉在氯氣中會燃燒；在點燃或加熱的條件下鈉在空氣中會燃燒，推測金屬鈉和硫反應的條件是什么？本實驗中鈉與硫為什么能發生反應？

（3）本實驗中，什么物質使酚酞溶液變成了紅色？如何證明酚酞溶液中存在硫離子？請設計實驗測定溶液中硫離子的含量。

（4）本實驗是用藍色的氫氧化銅沉淀轉化為黑色的硫化銅沉淀來說明離子反應中的平衡移動，請問，還可以用哪些物質代替氫氧化銅也能說明離子反應中的平衡移動？你選擇的依據是什么？

……

5 本實驗的意義

（1）鈉及其化合物的性質是高中化學的重要內容之一。現行各版本的高中教材中都沒有安排鈉與硫的實驗操作，課堂教學中教師大多是通過講述來進行這一內容的教學，可能也有教師會補充演示實驗。實驗主要是采用研磨鈉塊和硫粉混合物的方法使鈉和硫發生反應，該實驗操作雖簡單，但若反應物用量少現象不明顯，若反應物用量多、研磨時用力大又會引起爆炸，既不安全又污染環境。

（2）利用鈉與水反應放出的熱引發鈉和硫的反應，并與產物硫化鈉的性質實驗結合在一起，操作簡單，成功率高，利用液封將反應產生的白煙密閉于大燒杯中，于環境十分友好。選用1000mL大燒杯、大號培養皿可使實驗可見度大幅提升，使實驗現象特別明顯、生動、有趣，極大地激發了學生的探究欲望。

（3）本實驗所使用的均為實驗室最常規的藥品和儀器。每個學校都有條件進行課堂實驗，易于推廣。

（4）問題的設計可根據學情而不同，基礎較好、能力較強的學生，問題可以設置得較為寬泛，留給學生思考和發揮的空間可以大一些，與其他模塊知識整合的程度可以更高一些。對于基礎較弱的學生，則要多搭建一些“腳手架”，問題設置由淺入深，循序漸進。

（5）通過創新實驗，整合了多個模塊的知識，打破了知識模塊之間的界限，將學生所需要掌握的知識和應具備的能力創設于真實的實驗情境中。通過實驗現象引發問題，以問題貫穿復習教學的過程中，激發學生解決問題的欲望，并逐步養成問題意識。借助問題的提出、分析和解決問題的思路，引領學生從新高度、多角度、全方位去審視原有的知識，主動參與到對原有元素化合物性質、原理、概念理解的復習，深化對知識內涵和本質的理解，提升復習的效率。

參考文獻：

[1]姚子鵬，陳基福.中學化學新教材編寫的若干思考[J].化學教學，2002，（6）：17～19.

[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.