金屬鈉與水反應實驗裝置的改進

高一帆

（宇華實驗中學-北大附中河南分校 河南鄭州 451171）

引言

中學化學實驗可以增加學生對化學的興趣，增強學生直觀對化學的感知能力，從而在眾多的化學現象中尋求化學的真諦。作為中學化學實驗滿足實驗簡單容易操作，現象明顯，危險系數低等要求。中學化學教材中，鈉跟水反應的實驗是一個驗證性實驗[1]。在中學化學教學內容中占有重要地位，既作為重要的演示實驗，又作為一個學生實驗（堿金屬及其化合物的性質）的主要內容之一[2]。

在現行高中化學新教材中，進行了鈉的兩個實驗方案：一是將鈉固定在裝捏扁且滿水塑料瓶中內；二是切一塊鈉放在盛滿水的試管口下。第一種的不足：首先金屬鈉取用的量不好把握，若鈉的量比較多，則產生的氣體會使瓶塞沖出，瓶內的液體四處飛濺，產生危險；若鈉少則產生氫氣的量比較少，且取下瓶塞時會有空氣混入瓶中，氣體不純，給檢驗氣體帶來操作危險[3]。在實際操作中，金屬鈉顆粒容易脫落，浮出水面，從而導致實驗失敗。教材中采用擠癟盛滿水的塑料瓶來收集和檢驗氫氣，改變了以往教科書中氫氣不容易收集、不容易檢驗的弊端，能較好的說明鈉的物理和化學性質，但在重復這一實驗時發現，該方法常為擠捏不到位，急劇產生的氫氣迅速膨脹將橡皮塞迸出，鈉與水迅速反應產生的大量的熱使氫氣遇空氣而燃燒爆炸。而且所用塑料瓶中有水，瓶口靠近酒精燈火焰時往往因為氣體爆鳴而容易緊張，致使把水灑出，這樣化學實驗美就難得到充分的體現。教材上第二種方法，雖然裝置比較安全可靠，但是操作比較煩瑣，有時候會排不出氣體，有時候排出的氣體不能全部進入試管。在燒杯里做鈉與水反應的實驗，因為有氧氣（空氣）存在，常發生燃燒和爆炸等危險現象，這不僅不安全，而且防礙了主要現象的觀察。用排水法收集氫氣時，需要將盛滿水的試管倒置在燒杯內，即使使用500ml的大燒杯，操作也不太方便，比較麻煩。用排水法收集的氣體比較純，檢驗氫氣時同學們只能體驗純凈氫氣燃燒的情況，而不能對不純凈氫氣燃燒有可能會發生爆炸有深刻的認識[4，5]。

為了確保實驗安全，避免實驗中意外現象的發生，提高實驗效果，筆者探索了一種新的思路：實驗操作方便，實驗現象鮮明，便于觀察，方便的收集和驗證實驗產生的氣體；實驗方法新穎，能激發增加學生的實驗興趣；增強實驗的探究性和創新性，培養學生的實驗操作能力和實驗創新能力。

一、實驗部分

1.實驗器材與藥品：

儀器：長頸漏斗、錐形瓶、試管、導氣管、雙孔橡皮塞、止氣夾、水槽、酒精燈、火柴、濾紙、鑷子、小刀等。

藥品：鈉、水、酚酞試液、煤油。

2.實驗裝置（見圖）

3.實驗過程：

圖1 排水法收集氫氣

圖2 排空氣法收集氫氣

取帶有長頸漏斗和導氣管的雙孔橡皮塞，塞入錐型瓶口，檢驗裝置氣密性。在錐形瓶中注入三分之二的水并滴入幾滴酚酞試液，之后再注入稍小于三分之一的煤油。準備并連接排水收集裝置（或者排空氣收集裝置）。用鑷子夾入黃豆大的一小塊鈉，之后迅速將橡皮塞塞住錐形瓶瓶口，夾緊夾子。應完成后，打開夾子，收集氣體。將收集氣體的試管用手堵住管口并靠近火焰，并用一小燒杯罩于點燃氣體火焰上方。

4.實驗現象：

鈉穿過煤油層，與水接觸時，浮在水面，迅速游動并融化成一閃亮的小球，發出“嘶嘶”的響聲，同時鈉粒被產生的氣體沖起上浮進入煤油層，如此反復直至反應完畢。錐形瓶中水邊為紅色且長頸漏斗中水上升，錐形瓶內液面下降。

反應完成后，打開夾子，長頸漏斗內液面下降，錐形瓶內氣體排出，導氣管口有氣泡產生，如圖1。如果用排空氣收集法則用試管直接收集氫氣即可，如圖2。

用排水法收集氣體，用手堵住試管口并靠近火焰，聽到“噗噗”聲，證明收集氣體為氫氣且純度較高。如果排水法收集則用手堵住試管口，靠近火焰則聽到爆鳴聲，證明收集氣體不純凈。

二、實驗結果與討論

1.該實驗改進后較教材上有以下優點：

操作簡便，易于控制，成功率高。

鈉與水反應可以看到有大量氣泡產生，這不僅直觀說明了鈉跟水反應有氣體產生，而且鈉跟水反應的劇烈程度也得到了很好的顯現（比鋅與稀酸的反應要劇烈的多）。

對比明顯現象顯著。由于下層是水，上層是煤油，可以看到，鈉在水和油的分界處，與水反應，此現象能強烈啟示觀察者對“鈉的密度比水小”這一物理性質的認識。

2.該實驗具有較強的科學性和嚴密性

高一教材利用小試管收集鈉與水反應產生的氣體憑聽其爆鳴聲驗證氣體似有“主觀臆斷”之嫌，改用干燥的小燒杯罩于點燃氣體火焰上方，觀察到有水珠生成，斷定氣體為氫氣更有理有據，具有科學性。

在鈉與水改進實驗中，錐形瓶中煤油將鈉與水的反應控制在近乎無氧的環境里進行，因此產生氫氣可近似認為純氫氣，所以點燃時與空氣中少量氧氣混合后不在爆炸極限范圍內，所以該實驗產生氣體在點燃前可不驗純。這樣做有利于培養學生靈活運用知識的能力。增強實驗趣味性，使教學效果更佳。

結語

以水和煤油為體系研究鈉的物理和化學性質，實驗現象明顯，過程便于控制，成功率高，危險系數小，更能體驗化學實驗的樂趣。