钠与水反应组合实验创新设计

张　敏　李胜荣　熊言林（丹阳高级中学　江苏丹阳　300；安徽师范大学　安徽芜湖　4000）

钠与水反应组合实验创新设计

张敏1*通讯联系人，E－mail：zhang＿min3288＠sina．com李胜荣1熊言林2
（1丹阳高级中学江苏丹阳212300；2安徽师范大学安徽芜湖241000）

摘要：文章尝试对钠与水反应组合实验进行创新设计，将反应与气体的制取、收集、贮存、喷泉、产物验证等实验巧妙地组合成一个完整的体系，方案科学合理，装置简单，操作方便、安全，经多次演示，实验效果较好。

关键词：金属钠；喷泉；组合实验；绿色化学

中图分类号：

文章编号：1008-0546（2015）01-0096-02G633．8

文献标识码：B

doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．01．037

一、问题的提出与解决

钠与水反应制取氢气的实验是高中化学中的一个重要实验，它既有教师演示实验，又有学生分组实验。现行三套新课程高中化学教材中的实验装置［1－3］，都是将钠直接投入盛水的烧杯中，这样的操作虽然简便，但由于反应剧烈，易造成碱液溅出，故存在极大的安全隐患，不利于分组实验的开设。同时该实验装置无法收集和检验生成的气体产物，实验结论缺乏说服力。

鉴于此，笔者在研究过程中综合考虑了实验现象的鲜明性、重复性和趣味性等相关因素，尝试对相关实验方案进行如下科学整合：将钠跟水反应形成喷泉实验、反应产物的检验实验和氢气燃烧实验巧妙地组合，形成如图1所示实验装置。

图1　Na与H2O反应组合实验装置

改进操作：使用双孔橡皮塞、玻璃导管将广口瓶（250 mL）和剪开底部倒置的矿泉水瓶连接，广口瓶作为反应装置和贮气装置，剪开底部的倒置矿泉水瓶作为贮液装置。反应始，通过尖嘴玻璃导管的插入形成喷泉，反应完毕抽出尖嘴玻璃导管（尖嘴玻璃导管可稍长，以避免抽出时手接触到碱液），可实现自由排出广口瓶中贮气。在双孔橡皮塞下端固定一根细针，便于固定金属钠，使用注射器（20 mL）快速注入蒸馏水，可使金属钠与水接触反应并避免在广口瓶中混入空气。另用橡皮导管（带止水夹）、玻璃导管将双孔橡皮塞与注射器针头相连，作为可控制燃烧装置。

二、实验步骤

（1）检查装置气密性，向广口瓶中注入蒸馏水至距离瓶口2～3 cm处，并滴加几滴酚酞溶液。

（2）取金属钠的质量约0．4 g（为确保实验安全，形成喷泉时以排出200 mL溶液为宜，2Na＋2H2O＝2NaOH＋H2↑，23×2×200×10－3／22．4＝0．4 g）、用滤纸吸干表面煤油、小刀去膜，然后用固定在双孔橡皮塞上的细针将金属钠扎起，连接装置（装置I）。

（3）打开装置II中止水夹a，迅速将注射器中的蒸馏水注满广口瓶，立即关闭止水夹a，使金属钠与水接触反应形成喷泉（装置III）。

（4）待反应结束后，打开矿泉水瓶底盖，抽出装置III中上端尖嘴玻璃管，开启止水夹a，用酒精灯在针尖处点燃氢气（装置IV）。

三、实验现象及解释

钠与水反应组合实验现象及解释［4］，见表1。

表1　钠与水反应组合实验

四、实验结论

滴有酚酞的水溶液变红，说明有碱性物质生成，根据参与反应的物质所含元素种类分析为NaOH。发生反应形成喷泉，证明有气体生成，根据化学反应前后元素化合价“有升必有降规律”：

反应方程式应为：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑

五、实验设计优点

（1）钠与水反应组合实验现象明显、易观察、趣味性强，具有启迪性和探究性。

（2）在钠与水反应组合实验中，将反应与气体的制取、收集、贮存、喷泉、产物验证等实验巧妙地组合成一个完整的体系，方案科学合理，装置简单，操作方便、安全，可重复使用，有利于促进中学化学课堂探究式教学的开展。

（3）本文所涉装置精巧，取材容易，便于自制，例如对矿泉水瓶、注射器的再利用，变“废”为“宝”，体现绿色化学理念［6］。

参考文献

［1］王祖浩主编．普通高中化学课程标准实验教科书：化学1 ［M］．南京：江苏教育出版社，2014：49－50

［2］宋心琦主编．普通高中化学课程标准实验教科书：化学1 ［M］．北京：人民教育出版社，2007：39－40

［3］王磊主编．普通高中化学课程标准实验教科书：化学1 ［M］．济南：山东科学技术出版社，2014：10－11

［4］吴星主编．中学化学疑难辨析［M］．南京：江苏教育出版社，2012：186－187

［5］向太平．检验钠与水反应产生的气体演示实验的改进［J］．化学教育，2006，（6）：56－57

［6］熊言林，张敏．氮元素正价变化组合实验探究［J］．化学教育，2009，（5）：51－53