梁衛(wèi)東

摘要：鈉在空氣中的燃燒實(shí)驗(yàn)，正常情況下應(yīng)是能觀察到淡黃色火焰的產(chǎn)生，同時(shí)有固體生成.但在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有其他顏色的雜質(zhì)產(chǎn)生，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確、可靠，對學(xué)生理解與分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生不利影響.本文主要分析鈉燃燒實(shí)驗(yàn)的顯性化改進(jìn)，以提高燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性.

關(guān)鍵詞：鈉燃燒實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在高中化學(xué)課程中，涉及的化學(xué)實(shí)驗(yàn)較多，其中鈉的燃燒實(shí)驗(yàn)即是化學(xué)課程中的重要部分，也是學(xué)生必修的實(shí)驗(yàn)中的一部分.與其他實(shí)驗(yàn)相比，這一實(shí)驗(yàn)的操作方法比較簡單，容易實(shí)施.但是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻不一定與理論實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相同，甚至大相徑庭.按照基本的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行操作，容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)最終產(chǎn)生的火焰與固體中都含有少量的雜質(zhì).這樣的結(jié)果，不利于學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的分析與解釋.

一、鈉燃燒實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的煙霧雜質(zhì)及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

鈉的燃燒會(huì)有淡黃色的火焰以及同色的固體產(chǎn)生，但在許多實(shí)驗(yàn)中，都產(chǎn)生白色的雜質(zhì).白色雜質(zhì)產(chǎn)生的原因，是由于鈉的燃燒物與氧氣的濃度以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度等有一定的聯(lián)系.在溫度較低的環(huán)境或氧氣不充足的條件下，實(shí)驗(yàn)會(huì)生成氧化鈉，氧化鈉在400℃的環(huán)境下，可能進(jìn)行分解并生成過氧化鈉.同時(shí)，過氧化鈉在實(shí)驗(yàn)溫度達(dá)到460℃時(shí)，也會(huì)熔化最終分解.綜合以上分析，可以得出白色煙霧即雜質(zhì)是氧化鈉.為了避免在燃燒過程中該雜質(zhì)的生成，必須將實(shí)驗(yàn)溫度控制在400～460℃之間.這是鈉燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)的關(guān)鍵方向.同時(shí)，需要掌握鈉在實(shí)驗(yàn)過程中的燃燒程度，不能過分燃燒，也不能燃燒時(shí)間不足，火候的掌握十分重要.

二、鈉燃燒實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的固體雜質(zhì)及實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

根據(jù)對已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與分析，結(jié)合相關(guān)資料，大致可得出導(dǎo)致固體雜質(zhì)產(chǎn)生的原因.一是燃燒過程中附有煤油，煤油的燃燒不充分，其產(chǎn)物CO2與鈉發(fā)生反應(yīng)能生成固體碳，也就是實(shí)驗(yàn)中的黑色物質(zhì).二是空氣中的CO2與鈉發(fā)生了反應(yīng)，生成了固體碳.三是鈉本身含有部分雜質(zhì)，即鐵元素，在燃燒之后生成了四氧化三鐵.四是石棉網(wǎng)等實(shí)驗(yàn)器材的材料可能對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一定的影響.五是酒精燃燒之后產(chǎn)生了CO2，其穿過石棉網(wǎng)與鈉發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，最終生成了固體碳.針對這一雜質(zhì)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，可根據(jù)不同的情況進(jìn)行處理.第一，為了解決煤油附著的問題，可在燃燒之前對鈉進(jìn)行處理，使用濾紙吸取其表面的煤油，再刮去其表層物質(zhì)，選擇一塊質(zhì)地較純的鈉塊放入反應(yīng)器，采用酒精燈進(jìn)行加熱，以盡量清除其表面的煤油，最后進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn).第二，理論上講，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)隔絕空氣.實(shí)際上，空氣中CO2含量非常低，對實(shí)驗(yàn)雜質(zhì)產(chǎn)生的影響力比較小，可暫時(shí)忽略.第三，通過資料以及調(diào)研發(fā)現(xiàn)，鈉中含有的鐵元素的含量大約在0.002%左右，含量較低.若是由于這一原因，難以在最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中產(chǎn)生較為明顯的雜質(zhì)，因此該項(xiàng)也可暫時(shí)忽略.第四，針對最后兩個(gè)因素，主要是由于實(shí)驗(yàn)器材的影響造成的.因此，可在實(shí)驗(yàn)之前對參與燃燒的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行處理或更換，如用磁坩堝代替石棉網(wǎng)，即可排除這兩個(gè)因素對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響.

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置

對鈉燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，可以采取改善實(shí)驗(yàn)裝置的方法，便于實(shí)驗(yàn)觀察者能夠清晰地看到燃燒后最終生成淡黃色的過氧化鈉，其改進(jìn)的原理是增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的性能，減少黑色物質(zhì)的干擾，并增大實(shí)驗(yàn)中的氧氣含量.例如，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材主要有酒精燈、玻璃管、玻璃棒、濾紙、凹形玻璃片、洗氣瓶、鐵架臺(tái)以及分液漏斗等實(shí)驗(yàn)裝置，請寫出改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)過程.實(shí)驗(yàn)過程主要有：做好準(zhǔn)備工作，檢查實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性，避免設(shè)備破損導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗；用藥匙將二氧化錳放入錐形瓶底部，并將過氧化氫溶液裝在分液漏斗中；取小塊金屬鈉，用濾紙吸干煤油，去除掉金屬鈉表面的氧化物，將其放在凹形玻璃片上；打開分液漏斗旋塞，使過氧化氫與二氧化錳進(jìn)行反應(yīng)產(chǎn)生氧氣并讓其通氧一段時(shí)間；點(diǎn)燃酒精燈，加熱玻璃管，當(dāng)金屬鈉溶成小球燃燒時(shí)停止加熱；通入氧氣；實(shí)驗(yàn)結(jié)束，清洗、整理儀器.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是金屬鈉小球在劇烈燃燒后玻璃管中留下淡黃色的塊狀的固態(tài)結(jié)晶體，并沒有黑色物質(zhì)生成.

總之，鈉的燃燒實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要組成部分，正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析有著直接的影響.對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)，不僅能有效避免燃燒實(shí)驗(yàn)過程中雜質(zhì)的產(chǎn)生，還能培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作意識(shí)以及科學(xué)的實(shí)驗(yàn)意識(shí)等.

參考文獻(xiàn)

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