Na与H2O反应实验装置的改进

李亚东

一、研究背景和意义

Na 与H2O 的反应实验是初中高中碱金属一章节中的经典实验。在高中经典实验“金属钠与水的反应”中，教学演示实验往往是这样做的，从煤油中取出一块金属钠，用滤纸吸干净表面的煤油后，用小刀切取绿豆大小的一小块金属钠.切口呈现银白色的金属光泽，但光泽迅速消失、变暗，原因是钠与空气中的氧气迅速反应。将这小块钠投入注有水的表面皿或烧杯中，水中，钠浮于水面，剧烈反应，急速游动，并熔成一个闪亮的小球，逐渐缩小，最后完全消失，在溶液中滴加酚酞，溶液变红。

传统实验只是将钠块放入到水中，观察其反应现象，如图1所示。如果要收集钠与水反应生成的氢气要用图2所示排水法来收集，并爆鸣，等等因此学生对钠与水反应的只有定性的认识也没有定量去研究，定性可能也是不全面的，如反应生成物中氢气只能爆鸣而不能看到其燃烧。如何能使反应过程生成的氢气能收集起来，并能在空气中燃烧（点燃），加以验证呢？

针对教材中，钠与水演示实验存在不足的问题，我们认为为了能在初中、高中化学课堂教学中有效进行“钠与水反应”的实验教学，充分发挥化学实验教学的教育功能，对钠与水反应的演示实验作了进一步的改进是必要而且有意义的。

二、研究设想和过程

基于前人对“Na 与H2O 反应的教学仪器 ”实验装置的研究，笔者得出了该研究项目，旨在借鉴前人研制项目的优点，制作出一套能集展示反应现象、收集反应生成气体、并能点燃为一体的“Na 与H2O”一体化演示实验教具替代教材中的在烧杯中做Na 与H2O 的反应实验。

三、研究成果1.实验装置（如图3所示）

2.实验操作说明

（1）检查装置的气密性。

（2）用铁架台将高低U形管夹平，然后从低端管口注满水，并在管口滴1滴～2滴酚酞。

（3）切割一小块金属钠，并用滤纸将煤油吸干。然后迅速塞住U形管的另一端，让金属钠与水充分反应。

（4）待反应完毕后，用手打开玻璃阀门，控制气体的流量，用酒精灯在尖嘴处点燃。

（5）实验现象：钠与水剧烈反应，熔成闪亮的金属小球，并在液面上游动；发生反应的U形管低端液面迅速下降，另一侧高端管中液面上升，有水贮存；且U形管钠与水反应的一侧管内的溶液变红。点燃气体时，可见气体安静的燃烧，火苗较长，且火焰呈淡蓝色，直至气体耗尽。

（6）实验结论：滴有酚酞的水变红，说明有碱生成，据参与反应的物质所含元素分析一定是氢氧化钠。发生反应的一端液面下降，证明有气体生成，据参与反应的物质所含元素分析，生成的气体要么是氢气，要么是氧气。因为生成的气体能够安静的燃烧，且有淡蓝色的火焰，证明生成的气体一定是氢气。反应化学方程式为：

2Na+2H2O2NaOH十H2↑

3.装置改进的意义

（1）组装方便，实验仪器简单

第一次组装好后，重复实验时安装比较方便。本实验装置分为二部分，一是特殊U形管；二是尖嘴导管构成的阀塞。实验仪器简单，可循环使用，降低实验成本。

（2）操作简单，便于教师演示

该实验是将反应装置和气体的收集装置连成一体，利用产生的气体造成一定的压强，将压出的水贮存在一侧较长的管内，同时将生成的气体贮存起来。在气体点燃时，贮水一侧的水能顺利地将气体压出，有利于气体的点燃；因为起始液面等高，压出气体时不至于将水压到容器外边，同时又能将气体全部压出，不会残留。火苗的大小可通过控制玻璃阀来控制，该装置的自动化程度比较高。

（3）气体纯净，实验安全有保障

反应前，U形管中注满了水，迅速将放有钠的带有尖嘴的玻璃阀塞在U形管的一端，此时形成了充满水的密闭体系，生成的气体中不会混有空气。虽然钠与水反应是放热反应，但因生成的气体中没有混有空气，不会发生爆炸。钠的用量只影响生成气体的量，不影响实验安全。钠少，生成的气体较少，燃烧时间较短；钠多，生成的气体较多时，据液压原理可知，最多也只能收集到与U形管底端液面持平处，多余的气体会从装有贮水装置的一端中溢出，同时也不会混入空气，实验科学，安全也有保障。

（4）现象明显，便于学生观察分析

在进行该实验时，因为能收集到纯净的气体，点燃时能见气体安静地持继燃烧，有淡蓝色的火焰等明显实验现象，有利于学生观察实验现象。

（收稿日期：2014-09-03）