鈉與溶液反應實質的探究

尹堯

【摘 要】鈉與溶液反應實質課本上解釋是先與水電離的氫離子反應，我們通過實驗，證明鈉是與溶劑水本身反應。鈉和溶液的反應是人教版化學必修1第三章第一節中的重要實驗，這個實驗不僅在本章非常重要，在整個高中階段也非常重要，是每年高考試題的熱點。同時，鈉與溶液反應的實質對學生而言也是一個比較困擾的問題。因此，我們設計了以下實驗對其進行探究。

【關鍵詞】鈉與溶液;實驗;反應

一、問題的提出

在一些權威的教輔資料（如教材完全解讀）上明確說明：當鈉與酸、水溶液反應時，是在和溶液中的氫離子反應。故氫離子的濃度越高，其反應越劇烈。從所學的知識可知，氧化性：銅離子>氫離子。如果鈉與溶液反應的實質是在和溶液中的氫離子反應，那么鈉和硫酸銅溶液反應應優先置換出銅單質。而書本上說明：鈉與硫酸銅溶液反應不能夠置換出單質銅，而是會優先和水反應生成氫氧化鈉，生成的氫氧化鈉再與硫酸銅反應生成氫氧化銅沉淀。這兩種說法與所學知識存在矛盾。故此次實驗，我們要探究鈉與溶液反應的實質：是在和水本身反應還是在和水中的氫離子反應。

二、實驗儀器與藥品

實驗儀器：燒杯、玻璃棒、濾紙、表面皿、試管架、量筒、膠頭滴管、鑷子、小刀

藥品：鹽酸、氫氧化鈉、蒸餾水、鈉單質

三、實驗步驟

（一）鈉與酸堿溶液反應實質探究

1.鈉與不同濃度的鹽酸溶液反應：在四只燒杯中分別加入50ml的蒸餾水、0.01mol/L HCl、0.1mol/L HCl、1mol/L HCl，然后再將四塊大小相同的鈉一起投入水中，觀察其實驗現象;

2.鈉與不同濃度的氫氧化鈉溶液的反應：在四只燒杯中分別加入50ml的蒸餾水、0.01mol/L NaOH、0.1mol/L NaOH、1mol/L NaOH，然后再將四塊大小相同的鈉一起投入水中;

3.鈉與不同濃度的鹽酸、氫氧化鈉溶液反應在五只燒杯中分別加入0.1mol/L HCl、1mol/L HCl 、50ml的蒸餾水、0.1mol/L NaOH、1mol/L NaOH，然后再將四塊大小相同的鈉一起投入水中。

（二）鈉與硫酸銅溶液反應實質探究

鈉與不同濃度硫酸銅反應：在四只燒杯中分別加入50ml 0.01mol/L CuSO4、0.1mol/L CuSO4、1mol/L CuSO4，然后再將四塊大小相同的鈉一起投入水中。

四、實驗數據

（一）鈉與不同濃度鹽酸溶液反應速率快慢的比較

從教材完全解讀可以知道，鈉與水反應的實質是與氫離子的反應，氫離子的濃度越大，反應速率越快，反應越劇烈，所以隨鹽酸濃度的增加，其反應速率越快。但實驗結果卻出乎意料，從表1中可以看出，鈉與不同濃度的鹽酸反應的反應速率并無明顯的差別，幾乎一致。我們大膽的猜測鈉與溶液反應并不是鈉與溶液的氫離子反應，而是鈉直接與溶劑水反應。為了論證我們的猜想，我們將鈉分別置于不同濃度的氫氧化鈉溶液反應。

（二）鈉與不同濃度氫氧化鈉溶液反應速率快慢的比較

由水離子積常數可知：氫氧化鈉溶液的溶度越大，水電離出來的氫離子濃度越小，鈉與其反應的速率應越慢。但從表2可以看出，鈉與不同濃度的氫氧化鈉反應速率基本一致。由此進一步論證了鈉不是與溶液中的氫離子反應，而是在與溶劑水本身反應。我們決定再將酸、水、堿放在一起進行比較，來更明顯準確的證明我的猜想。

（三）鈉與不同濃度鹽酸、氫氧化鈉溶液反應速率快慢的比較

由水離子積常數可知：酸、堿溶液中氫離子濃度差高達10^8，然而從表3中可以看出，其反應速率仍沒有明顯差別。通過上面的一系列實驗，可證明：鈉不是在與溶液中的氫離子反應，而是在與溶劑本身反應。

（四）鈉與硫酸銅反應的探究

從表4中可以看出，其實驗結果與教材上描述一致，鈉并沒有置換出單質銅，而是與溶劑水反應后生成的氫氧化鈉使得銅離子沉淀，生成氫氧化銅，鈉與水反應放出的熱使得硫酸銅分解生成黑色的氧化銅粉末。

鈉與1mol/L的硫酸銅反應比我們預料中的劇烈。我們猜測是因為銅離子濃度較高時，鈉與水反應生成的氫氧化鈉使得銅離子迅速沉淀，溶液中迅速出現了大量氫氧化銅固體沉淀，由于固體導熱較慢，鈉與水反應放出的熱放不出去，液體表面溫度迅速升高，達到了氫氣的燃點，故在硫酸銅溶液濃度為1mol/L時出現鈉燃燒、爆炸的現象。

五、結束語

鈉與溶液反應的實質是在和溶劑水本身反應，而不是在和水電離出來的氫離子反應。無論溶質是酸、是堿還是硫酸銅，都不會影響鈉與水反應的速率。

由此能夠說明：教輔資料中的觀點：鈉與酸反應劇烈程度大于水、鈉與酸反應的實質是與酸中的氫離子反應有誤。

六、反思與評價

（一）天氣對實驗的影響

我們發現在雨天或是雨后，空氣過于潮濕，鈉與空氣中的水分有較為明顯的反應，即鈉表面有氣泡冒出，如圖1所示。因此在空氣濕度比較大時，不宜進行實驗。

（二）將鈉轉移到反應容器內遭遇的困境

如果用鑷子一個一個的夾取鈉，那么每個鈉進入燒杯內的反應時間不一致，就無法比較反應的快慢。所以我們采用玻璃棒趕鈉的方法，能夠一次將所有鈉同時趕到反應容器內。但在后面的實驗發現當天氣有點潮濕時，用玻璃棒趕鈉的方法不適用，因此我們想了用針頭固定鈉，再將其放入溶液中的辦法。

（三）個人問題

由于我是第一次接觸實驗室里的正規化學實驗，不同于家中的“隨手玩玩” 實驗室中操作要求規范嚴謹，所以在操作過程中犯了很多錯誤，比如切鈉時多次不能剝離鈉的氧化層、配制溶液時膠頭滴管使用方式不正確等等。

評價：

科學探索就是如此，在不斷的探索和嘗試中追尋真理。科學容許犯錯，正是在不斷的犯錯過程中不斷地接近事物的本質。在嚴謹規范的實驗操作中，我在不斷地犯錯，也在不斷地規范、不斷地進步。相比于考試時遭遇的理論上的實驗操作知識，就是死記硬背，考試時也能得分。然而實際操作不能是死記硬背，而要靈活多變，實踐時會遭遇種種困難，都需要扎實的基礎、發散的思維才能摸索出解決困難的方法。所以，或許在實驗規范要求、實驗效果上，我不能算是成功的，但是在學習實驗技能、培養科學素養上，我絕對是獲益匪淺。正是這種持之以恒、敢于專研的能力，使得我在學習中不斷進步。（實驗指導老師：汪莉芬）

【參考文獻】

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