提高化学实验课学习效率探究——金属钠与水反应装置改进

◎ 朱大叶

金属钠与水反应实验选自新人教版(2019)化学必修第一册第二章第一节钠及其化合物,钠与水反应实验,该实验处于高中化学教学初期,对于培养学生对化学产生兴趣非常重要,做好该实验具有重要的价值与意义。

经过多次实验后,我在课本实验基础上进行了改进。通过改进,实验装置更简便、现象更加明显,同时也提高了氢气的纯度,实现对产生气体的收集与检验,并提高了实验的安全性,更加便于学生进行操作。

一、实验装置所需仪器

铁架台1 个、铁夹1 个,U 形管1 支,打孔橡胶塞2 支,带有针头的塑料注射器1 个,烧杯,橡皮管,小刀,镊子,玻璃片。

二、实验药品

金属钠,煤油,酚酞,蒸馏水

三、操作过程

1.检查装置气密性

在U 形管中灌一些水,使U 形管两端页面相平,在a 管处塞上橡胶塞,在b 管处插上带有注射器的橡胶塞,注射器活塞已向上拉出。推动注射器活塞,U 形管中出现页面差则说明装置气密性良好。若无液面差,则气密性不好,重新进行更换仪器,再次检验。

2.制备检验气体

(1)在 U 形管中灌满水至管口2cm 处,并滴入两到三滴酚酞溶液,b 管处装1cm 左右的煤油,a 管处塞上一根接有橡皮管的导管,与外界大气压相通。b 管橡胶塞上插入注射器,但注意针头插入不可太深。将绿豆大小的钠块放入U 形管b 管处,随即将插有注射器胶塞塞进b 管处。钠块在煤油和水的界面上下浮动,发生反应产生气体,气体不溶于水,在b 管产生气体压强,b 管处液面下降,a 处导管内液面上升,液体从导管处流到烧杯中。直到反应结束,溶液颜色变红,说明有氢氧化钠产生。可用b 管处注射器抽取产生的气体。在注射器针头处用火柴点燃,出现淡蓝色火焰,持续推动针筒活塞,在火焰上方放置一个干燥的烧杯,烧杯中出现水雾,再放一个蘸有澄清石灰水的烧杯,石灰水不变浑浊,说明产生的气体是氢气。

3.实验结论

钠块与水反应,钠在煤油和蒸馏水界面上下浮动,说明金属钠密度比煤油大比水小,滴有酚酞的溶液变红,生成了一种碱性物质,通过元素分析则生成了氢氧化钠。通过实验检验气体,发现生成的气体为氢气。

反应方程式:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

4.实验装置改进点

(1)采用 U 形管易得易组装,且减少其他设计实验中安装干燥管或者去底塑料瓶的步骤,现象明显,推广价值较高。

(2)U 形管中滴入几滴酚酞溶液,可以非常直观地看到钠块在溶液中的变化,同时可看到溶液颜色的变化,可探究出该实验不仅产生了一种不溶于水的气体,还产生了一种碱性物质。

(3)通过金属钠在U 形管中的位置直观理解钠、水、煤油的密度大小。

(4)注射器收集检验气体较为简便,安全,利用排水法收集的气体也不需要验纯,非常利于学生自行进行操作。

(5)利用注射器上地收集到气体的刻度线也可进行定量实验,计算得出相关数据。

四、小结

本文中装置的创新点在于U 形管和带针头的注射器 U 形管减少了装置的搭建,并减少溶液的损失,更加简便,注射器的改进实验因材料来源方便、装置密封性良好、反应收集检验一体化等优点作为学生的分组实验无疑是不错的选择。设计气体的收集与检验,实验现象直观清晰,这样学生不仅能根据实验现象得出钠与水反应的气体产物,而且体验了科学探究的过程。并且在实际教学中,整个装置成本较低,安全性较高,非常利于推广实验,对于培养中学生对化学实验的兴趣非常有效,促进学生化学核心素养的培养。