文湖南省株洲市第二中學(xué)高二G1419班 齊 奇
鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
文湖南省株洲市第二中學(xué)高二G1419班 齊奇
鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)重要的實(shí)驗(yàn)之一,人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)必修1模塊第49頁至第50頁中介紹了該實(shí)驗(yàn):在燒杯中加一些水,滴入幾滴酚酞溶液,然后把一小塊綠豆大的鈉放入水中。你看到什么現(xiàn)象?
按教材的實(shí)驗(yàn)方案,學(xué)生可觀察到“鈉浮在水面上,熔成小球,小球四處游動(dòng),發(fā)出嘶嘶的響聲,最后消失,溶液變紅”的現(xiàn)象,見圖1。
在實(shí)驗(yàn)過程中,我發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在以下不足。
1.鈉與水反應(yīng)非常劇烈,存在一定的安全隱患。如果煤油沒有用濾紙完全吸干或鈉的用量稍大,在鈉與水反應(yīng)的過程中會(huì)有火星產(chǎn)生。
2.不能直接觀察到氣體產(chǎn)生,無法對(duì)產(chǎn)生的氣體進(jìn)行收集和驗(yàn)證。為了收集并驗(yàn)證氣體,必須設(shè)計(jì)另外一套裝置,即用一小塊鋁箔包住金屬鈉,用大頭針在鋁箔上穿幾個(gè)小孔,再用排水法收集后驗(yàn)純。
該方案在實(shí)際操作中,金屬鈉易從鋁箔中脫落,浮出水面,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。金屬鈉的量較難控制,量過少不能集滿氫氣,過多又有安全隱患。
用排水法收集氣體時(shí),生成的氫氧化鈉具有腐蝕性,且驗(yàn)純實(shí)驗(yàn)不明顯,存在一定缺陷。
3.沒有從實(shí)驗(yàn)本身得出反應(yīng)結(jié)論。教材中第50頁直接給出化學(xué)方程式2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,反應(yīng)生成物NaOH可通過酚酞溶液驗(yàn)證,但反應(yīng)物中是否有氣體?如果有,又是什么氣體?
通常情況下,老師只能從鈉球的游動(dòng)及氧化還原反應(yīng)的知識(shí)分析得出產(chǎn)生的氣體是氫氣。但作為初學(xué)者,我們更希望通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論。
很多人都對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入研究及實(shí)驗(yàn)改進(jìn),主要集中在對(duì)反應(yīng)裝置、點(diǎn)燃方式、反應(yīng)速率的改進(jìn)。
在眾多改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)了一些不足之處,如所用裝置實(shí)驗(yàn)室不常用、不便于普及、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用高、難以從實(shí)驗(yàn)本身得到正確結(jié)論等。
在實(shí)驗(yàn)室中,我注意到一些廢棄的儀器,并受注射器類玩具的啟發(fā),腦海里有了改進(jìn)鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置見圖2(省略試管夾和燒杯)。
實(shí)驗(yàn)器材:廢試管、注射器、試管夾、鐵絲、鑷子、濾紙、小刀、酒精燈、500mL燒杯、橡膠塞。
實(shí)驗(yàn)藥品:金屬鈉、酚酞溶液、蒸餾水。
1.將廢試管底部打破,作為反應(yīng)容器。
2.選取大小合適的橡膠塞,將注射器針頭插入橡膠塞,橡膠塞底部插入一小截鐵絲,鐵絲彎成魚鉤狀。
3.切約為綠豆1/2大小的金屬鈉,用濾紙吸干表面的煤油后,用鑷子將鈉穿在鐵絲上,將鐵絲彎成閉合的圓形。
4.在燒杯中裝滿蒸餾水,用試管夾夾好破底的試管,試管稍傾斜以保證浸滿水,并滴入兩滴酚酞溶液。
5.用橡膠塞快速塞緊試管,鈉接觸水開始反應(yīng),試管內(nèi)液面下降,說明產(chǎn)生大量氣體,待反應(yīng)結(jié)束后用注射器抽取氣體,在酒精燈外焰上點(diǎn)燃,罩在干冷的燒杯內(nèi)。燒杯壁上出現(xiàn)水珠,說明產(chǎn)生的氣體是氫氣。試管內(nèi)的溶液變紅,說明產(chǎn)生了堿性物質(zhì)。
1.優(yōu)點(diǎn)
本實(shí)驗(yàn)裝置簡單,將廢試管再次利用,經(jīng)濟(jì)節(jié)約。金屬鈉的用量少,反應(yīng)較安全。反應(yīng)前試管內(nèi)充滿水,產(chǎn)生的氣體不需要驗(yàn)純,可直接點(diǎn)燃。用注射器點(diǎn)燃?xì)錃?,操作簡單,現(xiàn)象明顯,充滿趣味。隨著實(shí)驗(yàn)的完成,反應(yīng)生成物也及時(shí)得以驗(yàn)證。
2.不足
要滿足多人同時(shí)做該實(shí)驗(yàn),難以找到大量的廢試管,而且將廢試管破碎過程中,存在一定的安全隱患。在開始反應(yīng)的瞬間,插入橡膠塞的速度要快,且對(duì)注射器的密閉性要求較高,否則混入了空氣也會(huì)帶來安全隱患。