乙醇与金属钠的绿色化实验设计

刘海毅 高靓

摘  要：为完善教材中钠与乙醇的实验方法，将教材中重复率低，原料浪费较大的实验改为封闭化、一体化、集约化的实验装置，实现了乙醇与金属钠反应现象的观察及产物验证的一体化探索，不但降低了实验成本，而且实现了学生分组实验的可重复性，提高了原料的利用率。实验现象明显，操作简单、安全性强，能取得良好的实验效果。为化学课堂教学和实验创新提供了有益的参考和启发。

关键词：乙醇与钠;利用率;一体化;实验设计

钠与乙醇的实验是人教版《必修 2》中重要实验之一^[1]。本实验作为教学的重要辅助手段，意在强化学生的直观感受，加深对乙醇结构的了解。

1 问题的提出

教材实验：“在盛有少量无水乙醇的试管中，加入一小块新切的、用滤纸擦干表面煤油的金属钠，在试管口迅速塞上配有医用注射针头的单孔塞，用小试管倒扣在针头上，收集并验纯气体，然后点燃”。在化学必修二实验教学中，本实验是通过观察实验现象达到对实验反应的认识^[2]。但實验装置（图1）存在一定的不足：

（1）反应装置可重复性低，实验结束后，乙醇浪费严重，过量的钠存在一定的安全隐患，不符合实验安全和绿色化学的要求^[3];

（2）按教材实验操作，若要检验气体产物，点燃前必须对气体验纯，这不但提高了实验操作的复杂度，也势必增加原料的使用量;不但降低了原料的利用率，也增大了实验成本。

（3）而当金属钠的用量较小时，生成的氢气速率较慢，点燃时火苗较小，现象不明显。

2  实验的探究

2.1  探究思路

基于绿色化学的探究立足于教材经典实验，按照教材实验分析要求，从提高原料及原子的利用率的角度出发，寻找中学阶段常见的实验材料，尝试进行一体化探究，生活中连通器为实验改进提供了最初的灵感。

2.2  探究实验

2.21  实验设计

结合教材乙醇与金属钠的反应实验，设计成如图2的改进实验装置。

2.22 实验改进

（1）改进实验设计，选用中学常见仪器，通过长颈漏斗调整产生的压强差，保障燃烧时氢气的供给量;

（2）用U型管代替试管，形成联通的一体化装置，为实验的可重复性提供了条件;

（3）拔掉橡胶塞即可点燃，无须对氢气验纯，简化了操作，同时提升了实验的安全性。

2.23 实验过程

（1）连接好装置（图2），将已吸干煤油的绿豆般大小的金属钠插在针孔上，塞上单孔塞。

（2）观察到金属钠迅速下沉落在铜丝表面，由于氢气的不断产生，几秒后开始上浮，右侧长颈漏斗内的液面不断上升，左侧U型管内收集有少量的氢气。

（3）拔掉橡胶塞的同时，立刻点火，观察到有稳定的火焰，持续3～4秒。

（1）反应结束后，盖上橡胶塞，即可进行下一组重复试验。

3  实验的优点

（1）通过对装置的的改进，形成了一体化联通装置，使实验操作更简便、更安全。

（2）整个实验过程可以使学生直观感受气体的生成，学生点燃时不再畏惧，同时增加了实验的趣味性。

（3）通过实验的设计，实现了乙醇的再利用，减少了反应物金属钠的用量，提高了原料的利用率，实现了反应装置的可重复性。

（4）实验装置简单，不仅适合于课堂演示，而且适合学生分组实验。

参考文献

[1]  宋心琦.普通高中课程标准实验教科书化学 2（必修）第三版[M].北京：人民教育出版社，2010：74，57.

[2]  王磊、陈光巨、王明召.普通高中课程标准实验教科书：化学1（必修）.3版.济南：山东科学技术出版社，2007：13—15

[3]  王后雄.中学化学实验教学研究[M].北京：北京大学出版社，2013：53.