金屬鈉實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)改進(jìn)

衡科學(xué)

高中化學(xué)教材中部分實(shí)驗(yàn)，有些反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，有些不利于學(xué)習(xí)時(shí)進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，有些存在安全隱患等，但是教師不能因?yàn)樯鲜鲈颍?jiǎn)單將學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)變成演示實(shí)驗(yàn)或者視頻實(shí)驗(yàn)甚至口頭實(shí)驗(yàn)。因此，教師需對(duì)部分學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究改進(jìn)，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)改進(jìn)不是為了改進(jìn)而改進(jìn)，而是解決自己教學(xué)中遇到的困惑，解決自己學(xué)校硬件的不足，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)以更優(yōu)化的方式呈現(xiàn)，更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、演示實(shí)驗(yàn)與分組實(shí)驗(yàn)區(qū)別

演示實(shí)驗(yàn)是由教師進(jìn)行演示和示范性操作，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察和思考的實(shí)驗(yàn)。演示實(shí)驗(yàn)通常要求實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、現(xiàn)象直觀明顯、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)易快捷。演示實(shí)驗(yàn)所需的器材和藥品準(zhǔn)備比較快捷，但是實(shí)驗(yàn)的主體是教師，不能保證每個(gè)學(xué)生動(dòng)手參與；有些實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)僅僅通過演示實(shí)驗(yàn)也無法觀察，如反應(yīng)的氣味、顏色變化較快的實(shí)驗(yàn)。

分組實(shí)驗(yàn)又叫學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的主體是學(xué)生，學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行操作，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以是驗(yàn)證物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證已知結(jié)論的實(shí)驗(yàn)，也可以是物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，還可以是根據(jù)假設(shè)、自主探究的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有利于提高學(xué)習(xí)效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、金屬鈉實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的背景

金屬鈉是一種典型的金屬元素，有較強(qiáng)的還原性，很容易與氧氣或者水反應(yīng)，反應(yīng)過程有一定的危險(xiǎn)性，中學(xué)實(shí)驗(yàn)室也將鈉作為危化品進(jìn)行管理。涉及鈉的實(shí)驗(yàn)一般都采用演示實(shí)驗(yàn)，較少采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。本文擬通過對(duì)教材中的鈉的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，目的是讓鈉的實(shí)驗(yàn)也能以學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)為主，解決了教學(xué)金屬鈉內(nèi)容時(shí)主要是演示實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)方法，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手和實(shí)踐能力，提高了金屬鈉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

三、金屬鈉分組實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1. 金屬鈉的取用

金屬鈉特別活潑，教材中取用時(shí)用小刀切開，只能較短時(shí)間觀察到有金屬光澤的銀白色鈉，且切開的金屬鈉的大小也較難把握，增加實(shí)驗(yàn)潛在的危險(xiǎn)，每次切完的邊角需要重新放回試劑瓶，多次實(shí)驗(yàn)需要重復(fù)取用，比較煩瑣且金屬鈉邊角料造成浪費(fèi)多，后期處理起來也麻煩。

改進(jìn)后的取鈉器的制作步驟：① 將1ml注射器細(xì)前端切去；② 將前端削薄便于插入金屬鈉；③ 將削薄的取鈉器插入金屬鈉取一段金屬鈉柱，取用時(shí)候直接用小刀切下；④ 將取完鈉的取鈉器插入橡膠底座上進(jìn)行密封。

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)：① 取完的金屬鈉通過透明塑料外殼能較長時(shí)間觀察到鈉的本來顏色；② 每次取用可以通過刻度線定量取用，避免教材中出現(xiàn)的“取一小塊金屬鈉”“約綠豆粒大小”等模糊描述，可適用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，降低學(xué)生實(shí)驗(yàn)的潛在危險(xiǎn)；③ 每次切完鈉僅需及時(shí)插入橡膠塞即可，便于（能穩(wěn)定保存一節(jié)課以上時(shí)間）下一次取用；④ 通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)，可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2. 金屬鈉燃燒裝置的改進(jìn)

按照蘇教版教材，是將金屬鈉直接在石棉網(wǎng)上加熱，人教版和魯科版教材是在坩堝中加熱。按照人教版和魯科版教材實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，但是實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備的器材較多，相關(guān)分組實(shí)驗(yàn)較難開展。鈉燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)束后清理麻煩，不利于開展學(xué)生實(shí)驗(yàn)。按照蘇教版教材在石棉網(wǎng)上加熱有時(shí)觀察不到淡黃色固體這一現(xiàn)象，究其原因有：金屬鈉表面的煤油可能沒有洗干凈，或者石棉網(wǎng)中的某些物質(zhì)與鈉作用，又或者空氣中的二氧化碳與鈉反應(yīng)。總之實(shí)驗(yàn)失敗可能性不小，在石棉網(wǎng)上燃燒后產(chǎn)生的固體會(huì)和石棉燒結(jié)在一起不易清理，導(dǎo)致石棉網(wǎng)也基本報(bào)廢。

鈉燃燒裝置的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：將鋁質(zhì)易拉罐剪下底部，邊緣留下少許薄壁便于用坩堝鉗夾持，因易拉罐底部較厚，不易燒穿。注意：不可用較薄的易拉罐壁，容易燒穿。

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)：① 工業(yè)上制備過氧化鈉就是采用鈉和去除二氧化碳的空氣在鋁盤中燃燒制備，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)態(tài)度。② 鋁的導(dǎo)熱性較好，金屬鈉大概5-6秒就能熔化，熔化后2-3秒就能起火，燃燒后留下蓬松的淡黃色固體，比較適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成功率可達(dá)100%。易拉罐底部凹下去，不用擔(dān)心熔化的鈉流出造成燙傷事故。③實(shí)驗(yàn)結(jié)束后便于收集過氧化鈉進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)，易拉罐底可以多次使用。

3. 金屬鈉和水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

蘇教版和人教版教材都是在小燒杯中進(jìn)行，魯科版教材是在培養(yǎng)皿中進(jìn)行。上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且經(jīng)典但無法對(duì)產(chǎn)物氫氣進(jìn)行檢驗(yàn)。

鈉和水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案：在20ml注射器中加入2mm厚金屬鈉（通過改進(jìn)的取鈉器切取），將注射器活塞迅速推入注射器壓實(shí)，插上針頭并用針頭吸取一定量的蒸餾水，注射器針頭插入橡皮中待反應(yīng)結(jié)束后將多余的液體推出。在酒精燈火焰上點(diǎn)燃，輕輕推動(dòng)活塞保持火焰穩(wěn)定燃燒。（換干凈的針頭，可以觀察到淡藍(lán)色火焰）

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，能定性檢驗(yàn)鈉和水反應(yīng)的氣體產(chǎn)物，加深學(xué)生對(duì)鈉和水反應(yīng)的理解，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常直觀，學(xué)生印象深刻。

4. 金屬鈉鹽溶液實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

金屬鈉和鹽溶液（硫酸銅溶液、氯化鐵溶液等）的反應(yīng)，是一線教師經(jīng)常愛演示的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)現(xiàn)象反常，顛覆學(xué)生已有認(rèn)知。金屬鈉和鹽溶液反應(yīng)大家普遍認(rèn)為是金屬鈉和水反應(yīng)生成堿，堿再與鹽溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氫氧化物沉淀。筆者想到如果避開水，鈉能否和鹽發(fā)生置換反應(yīng)？教材中列舉鈉的強(qiáng)還原性，在一定條件下可以將鈦、鋯、鈮等從氯化物中置換出來，但是上述轉(zhuǎn)化需要在熔融狀態(tài)下進(jìn)行，課堂演示實(shí)驗(yàn)顯然難以實(shí)現(xiàn)。能不能換一個(gè)不含水的溶劑，讓鈉和鹽發(fā)生反應(yīng)？

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：將溴化銅溶于丙酮溶液，取一大塊鈉置于表面皿上，向金屬鈉切開面上滴加溴化銅的丙酮溶液，可以明顯看到金屬鈉表面有紅色物質(zhì)出現(xiàn)。該實(shí)驗(yàn)完成后，當(dāng)時(shí)部分評(píng)委專家有一定的質(zhì)疑，認(rèn)為丙酮也能和鈉反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有瑕疵。筆者查詢現(xiàn)行的大學(xué)教材均沒有涉及丙酮和鈉的反應(yīng)，筆者通過做對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)丙酮的確可以和鈉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生氫氣的原因可能是丙酮不純，含有水分，鈉和水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。也有可能是丙酮和烯醇存在轉(zhuǎn)化平衡，鈉和醇羥基反應(yīng)，不斷促進(jìn)了平衡往烯醇方向轉(zhuǎn)化。對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明鈉和丙酮雖然反應(yīng)，但是沒有生成紅色物質(zhì)，顯然紅色物質(zhì)為鈉置換出了溴化銅中的銅。為了進(jìn)一步說明金屬鈉表面的紅色物質(zhì)是銅而不是氧化亞銅等紅色物質(zhì)，筆者將上述紅色物質(zhì)溶于水后置于試管中，分別用鹽酸、氨水、稀硝酸檢驗(yàn)，證明了上述紅色物質(zhì)就是不溶于稀硝酸的銅。限于筆者能力及實(shí)驗(yàn)硬件限制，無法找出更好的能溶解金屬鹽且不和金屬鈉反應(yīng)的有機(jī)溶劑，筆者希望同行能給出批評(píng)和建議，讓有機(jī)溶劑溶解金屬鹽和鈉置換理論更加完善成熟。

（作者單位：江蘇省吳江平望中學(xué)）