基于“論證”視角的鈉與水反應的實驗探究

謝清秀

（福建省莆田哲理中學，福建莆田 351100）

引 言

作為一名一線化學教師，筆者在教學中曾多次講解鈉與水的反應，經過總結和反思，在實際教學中發現以下不足：（1）該反應產生氣體，如果鈉的密度高于水的密度，由于氣體的支撐力，鈉可能漂浮在水面上，所以通過該實驗不能得出鈉的密度比水小的結論；（2）迅速游動的鈉球用鑷子是夾不住的，學生依據該實驗不能獲得更多有關“熔”的感性認識；（3）鈉與水反應釋放的熱量不易被觀察；（4）該實驗只能驗證氫氧化鈉，氫氣只能通過氧化還原反應化合價的升降來確定，實驗結論缺乏說服力。為了彌補這幾方面的不足，筆者設計了在高硼硅分液漏斗里進行實驗的新方案，試圖從認證的角度對鈉與水反應進行進一步探究。

一、實驗改進的意圖

蘇教版《化學1》專題二中安排了鈉與水反應的實驗（見圖1），將一小塊鈉直接放入水中，然后觀察實驗現象。實驗雖然簡單，卻存在一定的安全隱患，實驗氣體的產生不易被肉眼觀察到，也沒有對產生的氣體進行驗證[1]。經過查閱文獻，很多教師對該實驗進行了改進，多數都是從定性角度儀器的改造、實驗操作的難易、氣體的檢驗等方面進行，并沒有對實驗現象進行論證。學生對此內容的學習多為機械記憶，沒有更加直觀、更加感性的認識。本實驗利用密度與水相等的苯和四氯化碳的混合液來證明產生的氣體對鈉向上的托力不起主要作用，結果表明，鈉的密度小于水的密度[2]；再通過兩小粒熔化的鈉會像水滴一樣融在一起來驗證反應放出的熱使鈉熔化了；通過溫度計溫度上升直觀地認識鈉與水的放熱反應；借助肥皂水來檢驗產生的氣體是氫氣。該實驗有力地論證了鈉與水的反應，讓學生真正理解鈉與水的反應，并能更好地解釋反應的現象及鈉的一些性質。

二、鈉與水反應的探究實驗改進

（一）儀器和藥品

儀器：10mL高硼硅分液漏斗、溫度計、10mL注射器（3支）、橡皮塞、小刀、濾紙、玻璃管、橡膠管、鑷子、小燒杯。

藥品和試劑：鈉、水、酚酞、苯、四氯化碳、煤油、肥皂水。

（二）實驗裝置改進（見圖2）

圖2

（三）操作和現象

（1）按圖組裝好整套裝置，分液漏斗內不加試劑，檢測整套裝置的氣密性。用注射器向分液漏斗內打氣，觀察到肥皂水中產生氣泡，說明裝置氣密性良好。

（2）取兩小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面的煤油后置于分液漏斗中，塞上橡膠塞。

（3）用第1 支注射器往分液漏斗中加入密度為1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液，觀察到鈉浮在液面上，然后將混合液從分液漏斗下端放出。

（4）用第2 支注射器往分液漏斗內注入少量煤油后將橡膠管放入肥皂水中，然后再用第3 支注射器往分液漏斗中加入滴有酚酞的水，觀察到兩小塊鈉熔化并融在一起形成一個小球，溶液變紅，溫度計溫度上升，肥皂水中產生大量氣泡，點燃氣泡，聽到輕微的爆鳴聲。

對改進實驗的補充說明如下。（1）由于分液漏斗容積有限，為了防止反應過于劇烈，鈉取綠豆粒般大小即可。本實驗選擇的分液漏斗是高硼硅加厚材質，作為該實驗的反應容器是安全的。（2）為了避免在實驗中的兩小塊鈉卡在分液漏斗的活塞口處，影響到實驗現象的觀察，實驗時在活塞口處放一個螺旋狀的銅絲。（3）本裝置選擇數顯溫度計，在實驗過程中可以清楚地讀出各個階段的溫度。（4）實驗前先配制密度為1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液，配制過程需要比重計測量校正。（5）在實驗過程中發現洗手液替代肥皂水，可以避免肥皂水難以形成氣泡的情況發生。

（四）具體現象和對現象的解釋

（1）金屬鈉浮在密度為1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液上，說明反應產生的氣體對鈉的托力不起主要作用，從而說明鈉的密度比水小。

（2）往高硼硅分液漏斗中加入滴有酚酞的水，觀察到溶液變紅，說明鈉與水反應生成堿性的氫氧化鈉溶液。

（3）鈉與水劇烈反應后，兩小塊鈉熔化并像水滴一樣融在一起形成一個鈉小球，溫度計顯示溫度升高，說明鈉與水的反應是放熱反應，反應放出的熱使金屬鈉“熔”成小球。

（4）鈉在水面四處游動，肥皂水中產生大量氣泡，點燃氣泡，聽見爆鳴聲，說明鈉與水反應生成可燃性氣體——氫氣。

通過本實驗，學生不但可以觀察到鈉與水反應的現象，而且更有力地論證了鈉與水的反應，從而更好地解釋反應的現象及鈉的性質。

三、本裝置的創新點

（1）實驗中煤油的應用，減緩了化學反應速率，延長了鈉與水的反應時間，有利于觀察實驗現象。

（2）通過點燃肥皂泡的方法來驗證氫氣，具有操作簡便、安全可行和成功率高的優點。

（3）便于學生深度探究，使學生在證據推理的過程中善于質疑、敢于質疑、積極驗證。

（4）借助于生活中的小常識——兩滴水滴靠近會融在一起形成一個水滴，以培養學生的創新能力，增強學生對實驗現象的理解，落實科學探究與創新意識的學科核心素養。

（5）本裝置較大程度地融合了鈉的物理性質和化學性質，將氣體的生成、產物的收集與檢驗集為一體，還可以推廣用于其他氣體的生成和檢驗，對學生的思維發散具有積極的作用。

結 語

化學實驗在化學課堂教學中起著舉足輕重的作用。化學實驗不僅可以提高課堂教學效率，還可以提高學生對知識的吸收程度。本實驗用到的金屬鈉是一種具有代表性的金屬。通過鈉性質的學習，學生可以掌握元素化合物知識學習的一些方法，又可以進一步類比、遷移到其他金屬的性質中。本實驗從認證的角度改進鈉與水的反應，既沒有讓學生想當然，也沒有讓學生死記硬背實驗現象，而是在實驗中嘗試了基于已有理論大膽質疑、勇于創新、積極驗證的方法，激發了學生的學習興趣，同時培養了學生的科學推理、創新和解決問題的能力。