鈉與水反應實驗的新設計

林秀麗

摘要： 針對蘇教版化學必修第一冊“鈉與水反應實驗”存在的不足，通過查閱文獻資料對比分析和實踐摸索，新設計一套由透明玻璃瓶、截短的直形安全漏斗、T形管等組成的實驗裝置。該裝置可供學生分組探究實驗，具有操作簡便、現象豐富、安全性高等特點。

關鍵詞： 鈉與水反應; 實驗裝置改進; 探究實驗

文章編號： 1005-6629（2022）05-0075-03

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

鈉是高中階段學生學到的第一種典型的金屬元素，也是高中化學課程標準中要求掌握的重要元素知識之一。通過對鈉的主要化學性質的實驗探究，可初步掌握研究物質性質的實驗方法，對后續學習其他金屬元素有指導性作用，因此盡可能地讓學生去動手進行實驗探究。鈉與水的反應是鈉的主要化學性質之一，若按教材中把擦去煤油的綠豆大小的鈉粒直接投入到有水的敞口燒杯中，只能知道生成了堿性物質，無法根據實驗現象得出全部產物，同時還存在鈉與火星飛濺出來的安全隱患。

1 研究現狀概述

為完善教材中的實驗，許多一線教師對實驗進行了改進，大多是為了提高該實驗的安全性和成功率，以及增加實驗的趣味性。通過查閱文獻資料進行對比分析，歸納為如下五種啟示方案（圖1～圖5）。

以下五種方案都是用酚酞指示劑來檢驗堿性物質的生成，用點燃法或爆鳴法檢驗氣體產物。通過對比，列出以下各啟示方案的可行性分析表（如表1所示）。

分析上表可知，每種方案都要控制好鈉的用量，控制好鈉的用量是實驗成功和安全的基本條件。但是鈉的用量沒有一個參照的輔助實物，學生很難控制好用量。啟示方案1，裝置雖簡單，但漏斗的重量、水位的高低以及鈉的大小必須協調好。這種半封閉的裝置能使氣體和熱量快速地釋放出來，提高了實驗的安全性;啟示方案2，用針頭吸入6毫升水并控制鈉和水不接觸，這個操作對學生來說難度太大，而點燃氣體的方法來驗證氫氣的產生還是可借鑒的;啟示方案3，用坩堝鉗快速將鈉送至塑料瓶口與水反應，且立即塞上瓶塞并關閉彈簧夾的操作，

對高一學生來說難度很大。但其選擇較大空間的反應容器，利用排水法收集氣體并用點燃法和爆鳴法驗證氣體的思路值得采納;啟示方案4，鈉塊的大小不好衡量。鈉塊太大，試管空間太小，搖晃時存在安全隱患。鈉塊太小，產生的肥皂泡太少又容易消失。但利用肥皂泡來檢驗氫氣的方法能給實驗帶來趣味性，值得采納;啟示方案5，空間太小，鈉粒太大，存在安全隱患。若鈉粒太小，生成氣體太少容易驗證失敗。鈉粒在煤油層中上下舞動，雖然能產生趣味現象，但是萬一操作不當很容易著火。鈉與煤油的密度比較通過鈉的儲存方式即能判斷，因此，沒必要加煤油進行實驗。

2 新設計的方案

通過對比探究上述改進實驗，經過多番嘗試、整改、摸索，設計出一套可供學生分組實驗的簡單裝置，介紹如下。

2.1 實驗原理

鈉與水反應： 2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.2 裝置組裝

組裝材料： 直形安全漏斗（玻璃管內徑4mm，下文簡稱漏斗）、內徑5mm的T形玻璃管1支、內徑5mm的短直角玻璃管、13號橡膠塞（直徑55～68mm）、口徑與橡膠塞配套的透明玻璃瓶（口徑60～65mm）、2段適當長度白色硅膠管、金剛石玻璃刀（或小砂輪片）

組裝步驟：

（1） 用金剛石玻璃刀將漏斗的玻璃管截斷，留下約5厘米長即可。另取1支T形管，將其橫的一端截短，使T形管等長的3端變成等長的2端與2～3厘米長的1端。將硅膠滴瓶帽子剪短，使其剛好可以套在T形管2～3厘米端的管口，作為管口蓋帽（以下統稱管帽）。

（2） 給13號橡膠塞開孔使套上帶硅膠管的玻璃管和T形玻璃管（可以剛好穿過去）。

（3） 將漏斗玻璃管插入橡膠塞，用硅膠管連上，與T形管另一端連接好。將漏斗倒扣到透明玻璃瓶中，調整橡膠塞使漏斗平口與玻璃瓶底部間隔一段距離。

（4） 將直角玻璃管與T形管豎的端口連接好。組裝好的實驗裝置如圖6所示。

2.3 實驗過程

儀器： 組裝好的新裝置一套（含管帽）、升降臺1臺、培養皿1個、小刀1把、打火機1個、小木條1根、吸水性好的抹布1條、濾紙若干、內徑5mm的T形玻璃管1支、鑷子1把、細玻璃棒1根、15×150mm試管1支、塑料滴管1根、塑料水槽1個

藥品： 金屬鈉、酚酞溶液、蒸餾水、肥皂水

實驗步驟與現象：

（1） 準備。截短的漏斗以及與漏斗相連的T形管內外須干燥，備用。往玻璃瓶中加適量蒸餾水（使水位在漏斗球形部位高度的1/2至2/3之間）并滴加3滴酚酞，往培養皿中倒入培養皿2/3高度的肥皂水，放在升降臺上備用（見圖7）。

（2） 取鈉。用鑷子從試劑瓶中取出一塊鈉塊放在濾紙上，擦干其表面煤油。手握T形管豎的一端，用T形管橫的一端鉆取一塊與管內徑一樣的小鈉柱，把剩余的鈉放回試劑瓶。用細玻璃棒從T形管橫的另一端口伸進去把鈉柱輕輕推出，并用小刀截取高度為5mm的小鈉柱（玻璃棒上有5mm長度的標記），多余的鈉放回瓶子。用過的濾紙放到有無水乙醇的燒杯中。（整個取鈉過程在干凈干燥的塑料板或石棉網上進行。鈉柱可提前由教師切好，放在裝有煤油的透明小塑料瓶里。

（3） 固定鈉并調好水位。將小鈉柱放入漏斗底部，并用試管壓緊小鈉柱使其固定在漏斗與玻璃管的接口位置，然后將漏斗倒扣在玻璃瓶液面下，并蓋緊橡膠塞，調整好升降臺，使直角玻璃管口浸沒在肥皂水中（如圖7所示）。

（4） 啟動反應及現象。取下管帽滴加3滴水，再將管帽蓋在管口（有時需要捏一捏管帽），可以看到水沿著玻璃管壁流下與小鈉柱接觸，鈉開始熔化隨后掉到漏斗溶液中，漏斗中的液面逐漸下降低于瓶中液面，溶液逐漸變紅，培養皿中肥皂液不斷冒泡。當大部分鈉柱反應后脫下管帽，點燃氣體，可觀察到安靜的燃燒現象，漏斗的液面恢復與玻璃瓶的液面一樣高，閃亮的鈉小球在水面上游動并發出嘶嘶的響聲。當鈉球只剩三分之一左右時蓋好管帽，觀察到漏斗中的液面又開始逐漸低于玻璃瓶中的液面，培養皿中肥皂水繼續冒氣泡。反應結束時，用燃著的木條點燃肥皂泡，可以聽到尖銳的爆鳴聲。熄滅木條。

（5） 取下管帽，用塑料滴管往T形管口滴加水，確保漏斗底部玻璃壁上的鈉全部反應掉。最后把玻璃瓶中的廢液和培養皿中的肥皂液倒入相應的廢液缸中回收處理。

2.4 實驗結論

鈉熔化說明該反應放熱。滴有酚酞的蒸餾水變紅，說明生成了堿性物質。點燃T形管口氣體，安靜地燃燒，證明氣體具有可燃性。結合點燃肥皂泡中不純的氣體，聽到爆鳴聲的現象，得出實驗過程產生的氣體是氫氣。

2.5 實驗注意事項

（1）裝置的氣密性由教師提前確認好。（2）管帽下的一段玻璃管應切割掉只留2～3厘米，以免點火時發生爆鳴。（3）實驗前一定要確保截短的漏斗以及與漏斗相連的T形管內外干燥，以免固定小鈉柱時就發生反應。（4）實驗前要削去鈉表面的固態氧化物雜質并擦干煤油。（5）鉆取鈉柱的過程要在干燥的地方進行，用過的濾紙要放在無水乙醇的燒杯里，避免殘留的鈉帶來安全隱患。（6）反復實驗表明，實驗前漏斗中的水位宜在漏斗球形部位高度的1/2至2/3之間，使鈉與水的反應空間足夠大，觀察鈉粒游動的現象最明顯。

3 新實驗方案的優點：

（1）對于鈉的用量有一個明確的實體衡量輔助物，方便學生操作。（2）小鈉柱的直徑剛好比漏斗底部孔徑大1mm，配合試管壓緊可以將鈉固定住。（3）在新裝置中進行反應鈉的顆粒不會飛濺出來，生成的氣體和熱量可以快速排到肥皂水中，安全性很高。（4）產生氫氣的量足夠大，實驗現象豐富，用點燃法和爆鳴法共同驗證氣體，實驗過程操作簡單，成功率幾乎100%。

參考文獻：

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