徐佳+吳明

金屬鈉與水反應(yīng)是高中化學(xué)重要實驗之一。高中教材中的實驗設(shè)計基于教師課堂演示，不利于學(xué)生自己動手操作；現(xiàn)有改進(jìn)方案多集中在反應(yīng)容器和對NaOH的驗證，沒有涉及對反應(yīng)生成物H2的驗證，部分仍存在安全性。受醫(yī)用吊瓶注射器和家用燃?xì)庠铧c火器啟發(fā)，對金屬鈉與水反應(yīng)方案進(jìn)行了重新設(shè)計，采用通過吊瓶導(dǎo)管和針頭連接的2個礦泉水瓶作為反應(yīng)容器，不僅能清楚觀察到氣體的生成并對其溶解性進(jìn)行驗證，而且可避免空氣和H2混合氣體的生成，提高系統(tǒng)安全性；通過吊瓶導(dǎo)管和針頭將產(chǎn)生的H2在玻璃瓶中通過直流點火器進(jìn)行燃燒，可實現(xiàn)對鈉與水反應(yīng)生成物的H2的安全驗證。新的實驗方案，效果明顯，成功率高，安全可靠，實驗設(shè)備易于獲取，有利于培養(yǎng)同學(xué)們的探究精神。

鈉水反應(yīng)實驗改進(jìn)直流點火器高中化學(xué)實驗金屬鈉與水反應(yīng)是高中化學(xué)重要實驗之一，但現(xiàn)有高中教材中的鈉與水反應(yīng)實驗設(shè)計是基于教師在課堂上進(jìn)行演示，如果要同學(xué)自己動手進(jìn)行鈉與水反應(yīng)實驗，無論是實驗器材還是安全性以及對反應(yīng)產(chǎn)物驗證方面均存在許多問題，因此很多老師和同學(xué)對教材上的鈉與水反應(yīng)方案進(jìn)行了改進(jìn)。但現(xiàn)有改進(jìn)方案多集中在反應(yīng)容器和對NaOH的驗證方面，沒有涉及對H2的驗證；部分改進(jìn)方案仍然存在產(chǎn)生空氣和H2混合物的可能性，安全問題無法保證；所用實驗設(shè)備多為實驗室專用儀器，不便于進(jìn)行大規(guī)模實驗和培養(yǎng)大家的動手能力。受醫(yī)用廢棄注射器和家用燃?xì)庠铧c火器的啟發(fā)，我對金屬鈉與水反應(yīng)方案進(jìn)行了重新設(shè)計，不僅可對鈉與水反應(yīng)產(chǎn)物全部進(jìn)行驗證，而且提高了實驗安全性和進(jìn)行大規(guī)模實驗的可能性。

一、實驗原理

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

2H2+O2=2H2O

由上述化學(xué)反應(yīng)方程式可知，金屬鈉與水反應(yīng)生成NaOH和H2，NaOH溶于水可通過酚酞溶液驗證，H2可通過在空氣中燃燒生成水進(jìn)行驗證。

二、實驗方案設(shè)計

我的設(shè)計的實驗方案不僅考慮到NaOH的驗證，還考慮到H2的驗證，而且考慮到實驗的安全性和實驗器材的容易獲取。實驗主要器材均采用現(xiàn)有廢舊物品，如飲料瓶、醫(yī)用注射器及其導(dǎo)管等，便于大量制作，可以使同學(xué)們進(jìn)行自主實驗，實驗方案示意圖如圖1所示。

清涼油盒用于固定金屬鈉，防止其在水中游走，同時將清涼油盒鉆多個小孔，用大頭針或細(xì)鐵絲與其連接；兩個飲料瓶作為鈉與水反應(yīng)的主要容器，分別在底部鉆孔，用塑料膠將注射器管粘牢，確保不漏氣、不漏水，注射器之間用白色透明導(dǎo)管連接，其中一個飲料瓶放置高于另一個飲料瓶；選擇一個合適的軟木塞，將連接清涼油盒的細(xì)鐵絲插入軟木塞，將軟木塞和清涼油盒塞入其中一個飲料瓶，確保其不漏水、不漏氣；廣口玻璃瓶用于進(jìn)行H2的燃燒試驗，口向下，用軟木塞塞入，軟木塞分別插入直流點火器兩電極，電極之間插入注射器針頭，同時軟木塞還要插入一直管用于空氣的補(bǔ)充和H2燃燒生成的水的流出。

三、實驗用品

1.實驗器材

脈動飲料瓶2個，廣口玻璃瓶1個，清涼油盒1個，注射器2支，廢吊瓶導(dǎo)管及針頭2套，塑料膠水，軟木塞3個，直流點火器及導(dǎo)線若干，鐵絲，夾子，鑷子，濾紙，小刀，小鋼釘，5號電池2節(jié)，鉗子等。

2.實驗藥品

金屬鈉，酚酞溶液，蒸餾水。

四、實驗步驟

1.將2個飲料瓶分別置于不同高度，其中一個飲料瓶約高于另一個飲料瓶50%高度，分別注入蒸餾水，使其中處于低處的飲料瓶中蒸餾水剛好溢出；

2.將酚酞溶液滴入將要放入金屬鈉的飲料瓶中；

3.從煤油中取一小塊金屬鈉，用衛(wèi)生紙吸干其表面煤油，切去表面的氧化膜后立即放入帶孔清涼油盒，快速將與清涼油盒連接的軟木塞塞入裝滿蒸餾水的飲料瓶中；

4.此時可以看到密閉飲料瓶中水位逐漸下降，另一個飲料瓶中水位逐漸上升，說明產(chǎn)生大量氣體，待液位下降到低于清涼油盒時則不再下降，說明反應(yīng)停止；發(fā)現(xiàn)溶液變紅，說明產(chǎn)生了堿性物質(zhì)，可以推測是NaOH；

5.將兩端連接注射針頭的導(dǎo)管中間用夾子加緊保證其不通氣，一端針頭通過軟木塞插入產(chǎn)生氣體的飲料瓶中，另一端插入廣口玻璃瓶軟木塞中，接通直流點火器電源，松開導(dǎo)管夾子，可觀察到玻璃瓶中針頭處有淡藍(lán)色火焰，玻璃瓶中有水珠產(chǎn)生，說明產(chǎn)生的是氫氣；

6.隨著燃燒的進(jìn)行，裝有鈉的飲料瓶水位開始上升，如果裝入的鈉較多，此時反應(yīng)繼續(xù)，繼續(xù)產(chǎn)生氫氣，形成穩(wěn)定氣源，直至鈉與水完全反應(yīng)；

7. 在第6步中如果將導(dǎo)出氣體的開關(guān)關(guān)閉，由于氫氣的產(chǎn)生將水通過導(dǎo)管流到另一個瓶子中形成噴泉，可增加實驗趣味性（實際實驗裝置如圖2所示）。

五、實驗方案分析

對比我所設(shè)計的鈉與水全反應(yīng)方案與已有實驗改進(jìn)方案，存在如下優(yōu)點：

1.采用礦泉水瓶作為反應(yīng)容器，取材容易；通過導(dǎo)管將兩個礦泉水瓶連接成U型管，易于排出反應(yīng)容器中的空氣，防止H2和空氣混合氣體的產(chǎn)生，提高了實驗安全性；

2.用注射器針頭導(dǎo)出氫氣，操作簡單、安全；氫氣的檢驗采用直流點火器點燃，安全性好，現(xiàn)象明顯，效果好；

3.金屬鈉被密閉在清涼油盒內(nèi)，不與水直接接觸，可以很方便的塞進(jìn)軟木塞；通過導(dǎo)管將兩個礦泉水瓶連接成U型管，金屬鈉的量可以多些，一次裝入可以進(jìn)行多次反應(yīng)，增加實驗的趣味性；

4.裝置簡單，便于學(xué)生自己制作裝置進(jìn)行分組實驗，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力；

5.電子點火器的引入，將物理實驗與化學(xué)實驗聯(lián)系起來，有利于同學(xué)們對物理知識與化學(xué)知識的融合；

6.實驗裝置的改進(jìn)激發(fā)了同學(xué)們的創(chuàng)新精神，并強(qiáng)化了大家的安全意識，有利于培養(yǎng)我們實事求是的科學(xué)態(tài)度和觀察問題、分析問題、解決問題的思維品質(zhì)。

實驗方案存在的主問題要是電子點火器的獲取，社會上沒有太多廢棄煤氣灶可利用，購買新的電子點火器雖然不貴（10元左右）但無形增加了實驗成本；實驗中多處使用了注射器針頭，需要同學(xué)們小心操作否則易刺破手。

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)實驗具有區(qū)別于其他學(xué)科的獨(dú)特作用。通過實驗不僅可以培養(yǎng)我們細(xì)致觀察的習(xí)慣，而且可以訓(xùn)練我們通過實驗現(xiàn)象進(jìn)行合理假設(shè)并對假設(shè)進(jìn)行驗證的科學(xué)素養(yǎng)。

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