钠与水反应实验的新设计

徐志宏 周正祥 李大成

摘要：在分析已有的钠与水反应气态产物检验实验方案的基础上，通过自制教具设计出更安全、更简约、操作更简便的实验新方案。新方案有原材料来源广泛、成本低廉、制作和携带方便、现象明显、成功率高等优点。设计实践过程还能引导学生在创新实验中展现和提升学科能力。

关键词：钠与水反应；实验改进；创新设计；自制教具

文章编号：1005–6629（2016）9–0051–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

新课程要求“开展以实验为主的多种探究活动”，引导学生体验科学研究的过程，培养学科能力和创新精神。金属及其重要化合物不仅是中学化学学习的重要内容，而且也是落实这一要求的良好载体。普通高中化学课程标准（实验）[1]要求，“根据生产、生活的应用实例或通过实验探究，了解钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物的主要性质，能列举合金材料的重要应用”。因此，在现行教材的基础上补充和改进钠与水反应气态产物的检验实验，能够加深学生对钠等活泼金属性质的认识，有助于培养学生的学科能力和创新精神。

1 课题研究现状介绍

为了帮助学生消除钠与水反应的气态产物是氢气还是氧气的疑惑，完整体验科学探究的过程，教材编写人员和教师也做过不少尝试，设计出一些实验方案。

方案1 在图1[2]所示装置中，用刺有小孔的铝箔包裹小钠块，然后用镊子夹住放在试管口下面，采用排水法收集气体。反应结束后，取出试管，用爆鸣法检验气体是否为氢气。

方案2 在图2[3]所示装置中，先在矿泉水瓶中装大半瓶水，然后用手挤压至水面接近瓶口，迅速将扎有小钠块的橡胶塞塞进瓶口。反应结束后，取下塞子，迅速用爆鸣法检验气体是否为氢气。

方案3 在图3[4]所示装置中，在带玻璃尖管的橡胶塞上，插一根大头针，扎一小块钠，塞到注射器针筒上口。打开弹簧夹，向漏斗中注入滴加有酚酞试液的水，调节漏斗高度。在水与钠接触的瞬间，迅速关闭弹簧夹，固定漏斗。反应结束后，点燃收集的气体，并在火焰上方罩一个干冷的小烧杯检验气体是否为氢气。

方案4 在图4[5]所示装置中，在U形管左端连接去底的倒置小矿泉水瓶，右端连接碱式滴定管下端的控制部件。实验时，先向U形管中注入滴有酚酞的水，至右侧液面刚好与管口齐平。再用固定在橡胶塞上的细针扎住钠块，迅速塞住右侧管口。反应结束后，挤压玻璃小球，用点燃法检验气体是否为氢气。

方案5 在图5[6]所示装置中，先向矿泉水瓶中加入50mL煤油，然后加入边长为0.5cm的钠块，塞上带有漏斗和导气管的双孔橡胶塞。再通过漏斗向瓶中加入滴有酚酞的水，直至瓶中气体排尽，关闭活塞。当漏斗中溶液接近盛满时，打开活塞，用点燃法检验气体是否为氢气。

五个方案都能收集反应产生的气体，并且进行检验。但是也存在一些问题，具体情况见表1。

分析上表，可以得出进一步改进该实验的几点思路：第一，应该选择具有较大反应空间的反应容器，并且排尽装置中的空气，让气体和热量迅速释放出来，确保实验安全。第二，优化排水方法，是关系装置简化程度的主要因素，方案1的思路值得继承。第三，钠与水接触操作的简便性，是提高实验成功率的关键因素，方案4的方法值得借鉴。第四，由于该实验中没有产生其他可燃气体的可能性，所以爆鸣法是此处检验氢气的最好方法，方案1、2的方法值得保留。

2 新设计方案介绍

基于以上分析，对该实验进行了深入研究。经过多次尝试，设计出一个更简单、更方便、高成功率的实验方案。

2.1 仪器及用品

镊子、小刀、滤纸、钠、水、酚酞试液、仪器A、仪器B、仪器C

2.2 实验装置及其制作

仪器A是反应前固定钠块的仪器。可用钳子截去大头针的顶端，将剩余部分戳入橡胶塞中制成。

仪器B是排水收集气体的容器。可用剪刀截取饮料瓶顶端6～7cm高的瓶颈部分制成。

仪器C是接受排出液体的容器。可用剪刀截取饮料瓶底端7～8cm高的瓶底部分制成。

2.3 实验操作步骤及现象

（1）将仪器B放入仪器C中，加水至液面离仪器B上边缘1cm左右，滴加1～2滴酚酞试液，搅拌均匀。

（2）用小刀切取绿豆或黄豆大的钠块，用滤纸吸干钠块表面的煤油。

（3）用仪器A上的大头针，轻轻扎住钠块，迅速塞到仪器B的上口。此时可以观察到钠块熔成球状，在仪器B中四处游动。仪器B上端逐渐出现一段无色气柱，液面不断下降，液体逐渐变成红色。

（4）反应结束后，轻轻提起仪器A，平移至酒精灯火焰侧面。

（5）迅速将仪器B的下口向斜上方翻转。此时可以听到非常明显的爆鸣声，火焰同时迅速偏移。

2.4 实验注意点

（1）饮料瓶要选无色透明的，瓶体最好无花纹。

（2）仪器C可以用烧杯代替，最好比仪器B高1cm左右，避免反应中液体溢出。

（3）向仪器B中加水时，以液面与橡胶塞下边缘刚好接触为宜。

2.5 新实验的优点

（1）原材料来源广泛，成本低廉，制作简单。

（2）装置简约、小巧，携带方便，可以反复使用。

（3）操作简单，安全可靠，不仅可以应用于教师演示，而且可以用于学生分组实验。

（4）现象明显，成功率近100%。在移动仪器B的过程中，由于有空气进入形成爆鸣气体，点燃时爆鸣声很响，教室的每个角落均能清晰听到。

3 结语

改进后增加了钠与水反应所得气体产物的检验实验，为学生创造了动手机会，加深了对金属主要性质的认识，为后续学习奠定了坚实的知识基础。初步尝试了基于已有理论进行大胆预测、细心求证的学习方法，有助于深化对氧化还原反应等原理、规律的理解，逐步养成主动运用规律、原理解决实际问题的习惯，有利于学科能力的形成。引导学生体验了科学探究的基本过程，渗透了创新能力的培养，有助于逐步形成严谨求实的科学态度，实现学习方式的转变。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：11.

[2]人民教育出版社化学室编著.全日制普通高级中学教科书·化学（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2000：29～30.

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