钠与水反应实验的创新设计

伍强+方娟+蔡益

摘要：分析了教材中用爆鸣法和一线教师用点燃法来检验钠与水反应牛成氢气的实验方案，指出了这些实验方案存在的不足之处。利用钠块浸没在水中需0.5～ls时间才熔化的性质，设计了安全可行、装置简单、操作简便和成功率高的爆鸣法和点燃法检验氢气的实验方案。通过改进后的教学，学牛能更好地领悟钠与水反应的原理，了解实验安全常识，从而提升教学效果。

关键词：钠与水反应；氢气检验；爆鸣法；点燃法；创新设计

文章编号：1005-6629（2017）8-0073-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

將钠块投入盛有水的烧杯中，钠与水反应发出嘶嘶声，不可依此现象断定生成了氢气，须收集气体做爆鸣试验或点燃试验。钠与水反应的实验有时会发生爆炸或燃烧，如果在空气氛围的封闭容器中进行实验，就会引发氢气的爆炸，结果不堪设想。因此教材和教师一直在探讨安全可行和成功率高的检验钠与水反应生成氢气的实验方案。

1爆鸣法检验钠与水反应生成的氢气

用爆鸣法来检验钠与水反应生成的氢气，以往人教版有多种实验方案，而现行人教版却未提及氢气的检验。

（1）《高级中学·化学》的实验方案：实验装置如图l所示。用铝箔包好一小块钠，并在铝箔上刺些小孔，用镊子夹住，放在试管口下面，用排水法收集气体。小心地取出试管，移近火焰，检验试管里是不是收集了氢气。此实验方案存在的不足之处为：实验发生爆炸的几率较高，爆炸时会炸裂铝箔层。

（2）《全日制普通高级中学教科书·化学（试验修订本）》的实验方案：实验的装置如图2所示。在一个空塑料瓶中加入约3/4体积的水，用手挤压瓶子，使水面上升至近瓶口，然后塞上用大头针固定金属钠块的塞子，倒置塑料瓶。待反应完全后，检验钠与水反应所生成的气体。此实验方案存在的不足之处为：实验的操作要领难以掌握，实验成功率相对较低。

（3）《全日制普通高级中学教科书·化学》再一次采用了《高级中学·化学》的实验方案，可见此实验方案相对较好。

（4）《普通高中课程标准实验教科书·化学1》没有设计检验钠与水反应生成氢气的实验方案。教科书留给教师较大的创造空间，使教师在实践中能充分发挥教学的主动性和创造性。

笔者尝试沿用排水法收集氢气的方法，简化了加钠块的方法，设计了操作更加简便的实验方案。

1.1实验装置的设计

设计的实验装置如图3所示，用铁架台和铁夹固定试管，使试管口边缘浸入水面下1—2cm处。

1.2实验操作、现象和结论

将盛满水的试管（50mL）倒置在水槽中，如图3所示固定试管。用坩埚钳夹住一小块钠（约0.03—0.04g，使生成氢气的体积约占试管体积的2/7），将钠块快速送至试管口下面。钠与水反应，钠块熔化并脱离坩埚钳上浮至试管内水面。待反应完全后取出试管，塞上橡皮塞。待试管中气体充分混合后打开塞子，移近火焰，产生爆鸣声，证实生成的气体是氢气。

2点燃法检验钠与水反应生成的氢气

用点燃法来检验钠与水反应生成的氢气，一线教师有深入的研究。在全国第十二届实验教学创新研讨会上，四川省谭文生老师展示“钠与水反应实验创新设计”的作品，得到了评委组肯定。

设计的实验装置如图4所示。拔出推棒，取小块钠，将钠捏成棒状（直径略大于推棒的直径），插入橡皮塞孔中，再插入推棒。向广口瓶加水至瓶口，再滴加酚酞，塞紧橡皮塞，关闭弹簧夹和活塞开关。下压推棒将钠压入水中，钠与水反应，溶液变红色，具有透气孔的烧瓶中产生喷泉现象。反应结束，打开弹簧夹和活塞开关，点燃气体。

实验操作简便，现象生动，设计新颖，趣味性强，但做这样一套精致的实验装置耗时不少，还要多次练习实验操作，才能较好地完成实验的展示。

笔者尝试沿用排水法收集气体的方法，简化了加钠块的方法，设计了操作简便的实验方案。

2.1实验装置的设计

设计的实验装置如图5所示，取200～300mL透明的塑料瓶，剪去底部。在橡皮塞中打一小孔，插入玻璃管，再接橡皮管（夹上弹簧夹）和注射针（剪去尖端部位）。用铁架台和铁夹固定塑料瓶，使塑料瓶下边缘浸入水面下2～3cm处。（注：在玻璃管下端口塞进小口径的塑料管，这样在关闭弹簧夹情况下，若装置浸没在水中水也不会进入玻璃管中，以便在实验时打开弹簧夹氢气能顺畅放出。）

2.2实验操作、现象和结论

关闭弹簧夹，将塑料瓶侧卧并浸没在水中，排出塑料瓶中空气，如图5所示固定塑料瓶。用坩埚钳夹住一小块钠，将钠块快速送至塑料瓶口下面。钠与水反应，钠块熔化并脱离坩埚钳上浮至塑料瓶内水面。待反应完全后将塑料瓶下移（尽可能没入水中）固定。打开弹簧夹，点燃气体，气体燃烧，证实生成的气体是氢气。

2.3注意事项

有研究者对钠与水反应做了如下试验：“当水温为23—27℃时，向盛有250mL水的500mL烧杯中，投入金属钠0.25g三次，一次爆炸，0.20g五次，一次爆炸……”，由此得出结论：“室温下，在烧杯中做钠与水反应的实验，钠的安全用量（不发生爆炸）在0.07g以下”。笔者用新设计的实验装置，取用0.20～0.50g钠块进行了多次实验。当钠块粘附在塑料瓶内壁上，再摇动塑料瓶使钠块与水反应，偶尔也会发生爆炸。钠与水反应总有潜在爆炸的可能性，因此实验须注意如下事项。

（1）熔化的钠块有时会粘附在塑料瓶的内壁上，致使较薄的瓶壁破裂，因此宜选用耐温壁厚的塑料热水瓶或塑料奶瓶等（耐温在120℃以上），不可选用普通的矿泉水瓶。

（2）为了降低熔化的钠块粘附在塑料瓶内壁上的几率，可在塑料瓶的内壁表面预先涂上一层薄的食用植物油。

（3）为确保实验安全，应取用干净的钠块，每次投入钠块的质量在0.10—0.20g为宜。

3实验设计的思考

3.1安全性分析

新设计的2个实验都是在“半封闭”的反应容器中进行，钠都是在纯氢气氛围中与水发生反应，即使钠与水反应发生轻微的爆炸也不会引发氢气的爆炸，因此相对安全。

3.2可行性分析

实验测试，用坩埚钳夹住一小块钠，将钠块浸没在水中，需0.5—ls时间钠块熔化脱离坩埚钳。0.5～ls时间足够将钠块在水中移动20cm，因此用坩埚钳夹住钠块，将钠块送至试管口或塑料瓶口下的操作是完全可行的。

3.3成功率分析

新设计的爆鸣法实验方案，易于控制氢气的体积占试管总体积的2/7，使爆鸣声最响；点燃法实验方案，可多次添加钠块，产生足够量的氢气，延长氢气燃烧时间，因此实验成功率均很高。

新设计的爆鸣法和点燃法检验钠与水反应生成氢气的实验方案具有安全可行、装置简单、操作简便和成功率高的优点，因此具有一定的推广价值。通过爆鸣法和点燃法检验钠与水反应生成氢气的教学，学生能更好地领悟钠与水反应的原理，了解实验安全常识，从而提升了教学效果。endprint