钠燃烧异常现象的探究及实验改进——新课程理念下学生探究活动设计一例

陈 卫 宋曙波

（1江苏省常州高级中学 江苏 常州 213003； 2常州外国语学校 江苏 常州 213017）

新课程倡导逐步实现学生学习方式的转变，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性地学。化学活动设计既要符合学生的认知水平，又要充分调动学生的主动性。鉴于此，教师就可以通过课堂上动态生成的一些异常的实验现象作为学生感兴趣的载体，通过活动设计，引导学生亲自动手进行实验活动，既能提高学生的科学素养，又能提升教师的专业水平，立足于课标内容创造性地使用教材，开发新的教学资源，体现新课程的理念，促进教师教研能力的发展。

一、活动设计的背景

现行的三套高中化学教材（苏教版、鲁科版、人教版），都设有钠在空气中燃烧这一实验。其中，苏教版高中《化学1(必修)》(2007年6月第4版)第49页“观察与思考”叙述为“［实验2］将一小块金属钠放在石棉网上加热，观察现象”。在课上教师按书本做演示实验时，实验中却发现只有黑色的固体生成。但钠在空气中燃烧本应生成淡黄色的固体过氧化钠，为什么呢？同学们在课上议论纷纷。往往课上动态生成的异常现象更容易激发同学们的兴趣，所以教师适当的引导可以起到很重要的作用，于是课后我们将十分感兴趣的同学组成了研究性学习小组，设计实验方案对钠燃烧后的物质进行探究。

二、提出假设

研究性学习小组同学在教师的指导下根据钠在空气中燃烧的实验现象，提出了很多假设。

假设1石棉网加热会变黑；

假设2石棉网与钠反应生成物为黑色；

假设3钠上煤油没有被滤纸除尽，煤油不完全燃烧生成碳附在过氧化钠上而变黑；

假设4钠与空气某种物质反应，生成黑色物质。

查阅大学无机化学相关资料：排除直接与氮气作用生成氮化钠的可能，因为氮化钠是一种非常不稳定的碱金属氮化物，在75℃以上就会分解为钠及氮气；钠可以与空气中二氧化碳反应生成碳酸钠和碳，生成的碳附在过氧化钠上而变黑。

三、活动用品准备

仪器：铁架台、石棉网、蒸发皿、启普发生器、洗气瓶、球形干燥管、酒精灯、分液漏斗、圆底烧瓶、镊子、滤纸

药品：金属钠、碳酸钙、盐酸、饱和碳酸氢钠溶液、浓硫酸、过氧化氢、二氧化锰

四、活动步骤设计

研究性学习小组同学在教师的指导下，针对不同的假设，提出了不同的实验方案。

假设1石棉网加热会变黑；

实验方案1：直接用酒精灯对石棉网加热。

假设2石棉网与钠反应，生成物为黑色；

实验方案2：用蒸发皿代替石棉网作载体做钠在空气中燃烧实验。

假设3钠上煤油没有被滤纸除尽，煤油不完全燃烧生成碳附在过氧化钠上而变黑；

实验方案3：从煤油中取出较大的钠块，用滤纸吸干表面的煤油并用小刀切除表面氧化层，在蒸发皿中做钠在空气中燃烧实验。

假设4钠与空气中二氧化碳反应生成黑色物质碳；

实验方案4：按下图搭好装置，将一小块用滤纸吸干表面煤油并用小刀切除表面氧化层的黄豆粒大小的金属钠在二氧化碳氛围中做钠与二氧化碳的反应。

五、现象与分析

实验方案1现象：直接用酒精灯对石棉网加热，石棉网没有变黑。排除假设1石棉网加热会变黑。

实验方案2现象：在蒸发皿中钠剧烈燃烧发现几乎只有黑色物质生成。排除假设2石棉网与钠反应，生成物为黑色。

实验方案3现象：加热片刻，钠开始熔化成一个银灰色的小球，小球表面出现一层黑色薄膜；稍后薄膜破裂，液态钠流出，并迅速燃烧，火焰为黄色。冷却到室温时，生成的淡黄色固体周围有少量的黑色物质。

现象说明：如果钠上煤油没有被滤纸除尽，煤油不完全燃烧生成碳，附在过氧化钠表面上而使整个固体生成物变黑是使实验现象反常的主要因素，但仍然有少量黑色物质需探究。

实验方案4现象：钠熔化成小球，表面有一层灰白色的薄膜；稍后薄膜破裂，银白色的液态钠迅速流出并剧烈地燃烧，火焰为黄色，瓶中充满白烟。 反应结束冷却到室温时，烧瓶底部有较多的黑色固体物质，瓶壁上附满白色粉末，但无淡黄色固体生成。

现象说明：钠可以与二氧化碳反应生成碳酸钠和碳。钠在空气中燃烧时，因为二氧化碳含量比较低，所以会生成少量黑色固体碳。 这个方案很好说明了方案3中少量黑色物质的生成。

六、钠燃烧实验的改进

通过观察到的上述实验现象，同学们综合多种因素提出了实验的改进方案：（1）钠块应该用滤纸吸干表面煤油，并用小刀切除表面氧化膜；（2）实验过程中应该避免同二氧化碳接触，所以最好在纯氧气氛围中做钠燃烧实验。基于上述的考虑，同学们设计了如下图的装置。

实验操作：⑴按图所示搭好装置，先用药匙把二氧化锰放入圆底烧瓶底部，过氧化氢加入分液漏斗中。⑵用镊子取一块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，用刀切除表面氧化膜，再用镊子夹住，放入球形干燥管中。⑶通过分液漏斗将过氧化氢加入二氧化锰中产生氧气，持续通氧气一段时间，再给球形干燥管加热，当钠熔成小球时并开始剧烈燃烧，停止加热，仍持续通入一段时间的氧气。

实验现象：钠熔成小球，剧烈燃烧，球形干燥管口发出黄色的火焰，冷却到室温球形干燥管中出现淡黄色的固体，没有黑色物质生成。

七、活动的意义

“研究性学习”是新课程所倡导的一种学习方式，具有开放性、综合性、实验性、生成性等特点。基于课堂动态生成的异常现象开展的研究性学习更能激发学生的学习兴趣，同学们在整个研究性学习过程中，不仅学会了查找相关资料，提出问题，解决问题，而且基于前面的结论不断将方案进行改进，最终提出了最优的实验方案，变学生被动式学习为主动学习。整个研究性学习过程中学生用自己的脑子去思考、去筛选材料、去决定研究的方向，这其中的收获比仅仅知道教科书上已经阐明的知识更有价值。

［1］ 中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）［S］.北京：人民教育出版社，2002

［2］张晓，丁成云.研究性学习的重要途径——化学实验［J］.中学化学教学参考， 2009，（4）