鈉與氯氣反應實驗的微型化改造

姚玉琴衷明華

(韓山師范學院化學系，廣東 潮州 521041)

摘要：眾所周知，化學科學的形成和發(fā)展離不開實驗，化學教學也離不開實驗?；瘜W實驗教學可以增強學生的學習興趣，調(diào)動學生的積極性，從而幫助學生理解知識，掌握要點，通過實驗可以使學生掌握化學實驗的基本操作技能。作為一名教師，要想達到實驗教學目標，取得良好的實驗教學效果。為此，我們應該通過多次實驗探究，主動去挖掘教材上一些演示實驗存在的不足之處，以此進行改進，達到好的實驗效果，并設(shè)計出符合綠色化學理念的演示實驗。

關(guān)鍵詞：鈉與氯氣微型改進

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，教師應該引導學生學好實驗操作技能，學會觀察實驗現(xiàn)象。在教學過程中，我們應該多次實驗，發(fā)現(xiàn)實驗的不足，對實驗的不足之處進行改進，以此培養(yǎng)學生的探究能力和分析解決問題的能力，從而達到最生動、活躍的教學形式?；瘜W實驗正朝著微型化、綠色化的方向發(fā)展，鈉與氯氣反應的實驗在人教版高中化學必修1占據(jù)非常重要的地位。但是氯氣是一種帶有強烈的刺激性氣味的有毒氣體，人體吸入少量的氯氣引起呼吸道的嚴重損傷，對眼睛黏膜和皮膚有高度刺激性，短期內(nèi)吸入較大量氯氣會引起全身性疾病。在鈉與氯氣的演示實驗中，是取半粒黃豆大的金屬鈉(切去氧化層)，用濾紙吸凈煤油，然后放在石棉網(wǎng)上加熱，當鈉熔成光亮的小球后，迅速將盛有氯氣的集氣瓶瓶口扣在鈉的上方，從而使其發(fā)生反應。其反應原理如下：

然而在教師的課堂演示實驗中，或多或少存在以下的不足之處：

1.在實際操作過程中，金屬鈉表面的氧化膜在切除時很難操作，而且鈉在空氣中極易氧化，切去氧化膜后又迅速與氧氣反應生成氧化膜，從而阻礙鈉與氯氣的接觸，導致實驗現(xiàn)象不明顯。

2.氯氣是一種有毒氣體，教師在攜帶、保存以及整個實驗過程中都可能導致氯氣泄露，危害身體健康、污染環(huán)境。而且石棉網(wǎng)在實驗后難以清洗，損毀嚴重。

3.鈉在加熱時易生成淡黃色的過氧化鈉，與本實驗結(jié)果生成的氯化鈉顏色一樣，影響實驗現(xiàn)象的觀察。

4.氯氣的收集和氯氣與鈉反應實驗是分布操作的，反應過程不易控制，給實驗帶來不便。并且在實驗過程中多余的氯氣會散發(fā)到空氣中，造成教室環(huán)境污染，影響師生的身體健康。

因此，我設(shè)計了以下微型實驗改進裝置，微型化實驗是利用微型化的儀器裝置進行的實驗，其化學藥品用量大大減少，同時實驗效果也更加明顯、操作起來也較簡單、方便和防止污染環(huán)境等目的。所以，筆者針對以上不足，利用微型化儀器對鈉與氯氣的反應實驗進行以下的設(shè)計，從而達到良好的教學效果以及保護環(huán)境的宗旨。

一、實驗用品

1.儀器：微型儀器一套、注射器2支；

2.藥品：鈉粒、高錳酸鉀、濃鹽酸、蒸餾水、氫氧化鈉濃溶液。

二、實驗裝置示意圖(此處省去微型操作臺及夾持裝置部分)

圖　實驗裝置

三、實驗步驟與現(xiàn)象

1.根據(jù)上圖組裝實驗儀器，同時檢查裝置的氣密性。

2.加入藥品：在注射器A中吸入少量濃鹽酸；在左邊側(cè)泡具支試管中加入0.2g的高錳酸鉀；在注射器B中吸入少量蒸餾水；在右邊側(cè)泡具支試管中加入一小塊鈉；在小燒杯中加入氫氧化鈉濃溶液。

3.進行實驗和觀察實驗現(xiàn)象：擠壓注射器A，將約2ml的濃鹽酸慢慢地注射到裝有高錳酸鉀固體的側(cè)泡具支試管中，便可看到有黃綠色氣體產(chǎn)生，過一會兒可觀察到側(cè)泡具支試管中充滿黃綠色的氣體，此時再輕輕推動注射器B，讓蒸餾水慢慢滴在金屬鈉上，而反應即是利用水與鈉反應放出的熱使鈉與氯氣反應。金屬鈉立即引燃，在Cl2中燃燒，火焰呈黃色且產(chǎn)生大量白煙，反應后側(cè)泡具支試管內(nèi)壁上有白色粉末狀固體。這說明鈉在氯氣中燃燒生成了氯化鈉。同時，裝有濃氫氧化鈉溶液的燒杯中的導管口有少量氣泡產(chǎn)生。為了證明白色固體為可以做如下補充實驗。

反應完成后，向試管中加入少量蒸餾水，振蕩，使白色固體溶解，然后將此溶液分成兩份：一份進行焰色反應，可以看到火焰呈黃色，證明有Na+存在；向另一份中加入幾滴溶液，出現(xiàn)大量白色沉淀，再加入少量稀HNO3，沉淀不消失，證明有Cl-存在。從而說明此白色固體確實是NaCl。

四、實驗改進后的優(yōu)點

1.利用微型實驗裝置進行實驗操作，可使實驗藥品用量大大減少，成本降低，且裝置組裝簡單、方便，既減小了實驗的危險性，又提高了實驗在中學化學課堂上演示的可能性。

2.添加濃鹽酸使用注射器使得實驗操作方便、更加安全，易于控制藥品添加量及添加時間。

3.本實驗集氯氣的制備和氯氣與鈉的反應為一體，氯氣即制即用，防止氯氣不夠用的缺點。實驗過程中前面反應的生成物是后面反應的反應物，這樣既能充分利用資源，也能縮短實驗所需時間。

4.該實驗實現(xiàn)了鈉與氯氣在一個密閉的裝置中燃燒，無污染物排入空氣中，并且在實驗后用氫氧化鈉濃溶液處理尾氣，不僅符合綠色化學理念，也可加強學生保護環(huán)境的意識。

5.氯氣不用事先制備和收集，大大降低了教師的工作時間。同時，也不會給教師在攜帶過程中帶來麻煩，無論作為教師的實驗演示還是學生實驗都很方便。

本實驗除了具備以上優(yōu)點外，我還利用了大氣壓的相關(guān)知識，有效地解決了控制化學反應速率的問題。通過對鈉與氯氣反應實驗的改進，認識到演示實驗成為課堂教學的一個重要環(huán)節(jié)。因此，我們應該充分利用微型實驗儀器進行教學，從而讓學生更好地感知實驗，體驗實驗的樂趣，真正達到良好的教學效果，提高學生分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。