高一帆

（宇華實驗中學(xué)-北大附中河南分校 河南鄭州 451171）

引言

中學(xué)化學(xué)實驗可以增加學(xué)生對化學(xué)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生直觀對化學(xué)的感知能力，從而在眾多的化學(xué)現(xiàn)象中尋求化學(xué)的真諦。作為中學(xué)化學(xué)實驗滿足實驗簡單容易操作，現(xiàn)象明顯，危險系數(shù)低等要求。中學(xué)化學(xué)教材中，鈉跟水反應(yīng)的實驗是一個驗證性實驗[1]。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中占有重要地位，既作為重要的演示實驗，又作為一個學(xué)生實驗（堿金屬及其化合物的性質(zhì)）的主要內(nèi)容之一[2]。

在現(xiàn)行高中化學(xué)新教材中，進(jìn)行了鈉的兩個實驗方案：一是將鈉固定在裝捏扁且滿水塑料瓶中內(nèi)；二是切一塊鈉放在盛滿水的試管口下。第一種的不足：首先金屬鈉取用的量不好把握，若鈉的量比較多，則產(chǎn)生的氣體會使瓶塞沖出，瓶內(nèi)的液體四處飛濺，產(chǎn)生危險；若鈉少則產(chǎn)生氫氣的量比較少，且取下瓶塞時會有空氣混入瓶中，氣體不純，給檢驗氣體帶來操作危險[3]。在實際操作中，金屬鈉顆粒容易脫落，浮出水面，從而導(dǎo)致實驗失敗。教材中采用擠癟盛滿水的塑料瓶來收集和檢驗氫氣，改變了以往教科書中氫氣不容易收集、不容易檢驗的弊端，能較好的說明鈉的物理和化學(xué)性質(zhì)，但在重復(fù)這一實驗時發(fā)現(xiàn)，該方法常為擠捏不到位，急劇產(chǎn)生的氫氣迅速膨脹將橡皮塞迸出，鈉與水迅速反應(yīng)產(chǎn)生的大量的熱使氫氣遇空氣而燃燒爆炸。而且所用塑料瓶中有水，瓶口靠近酒精燈火焰時往往因為氣體爆鳴而容易緊張，致使把水灑出，這樣化學(xué)實驗美就難得到充分的體現(xiàn)。教材上第二種方法，雖然裝置比較安全可靠，但是操作比較煩瑣，有時候會排不出氣體，有時候排出的氣體不能全部進(jìn)入試管。在燒杯里做鈉與水反應(yīng)的實驗，因為有氧氣（空氣）存在，常發(fā)生燃燒和爆炸等危險現(xiàn)象，這不僅不安全，而且防礙了主要現(xiàn)象的觀察。用排水法收集氫氣時，需要將盛滿水的試管倒置在燒杯內(nèi)，即使使用500ml的大燒杯，操作也不太方便，比較麻煩。用排水法收集的氣體比較純，檢驗氫氣時同學(xué)們只能體驗純凈氫氣燃燒的情況，而不能對不純凈氫氣燃燒有可能會發(fā)生爆炸有深刻的認(rèn)識[4，5]。

為了確保實驗安全，避免實驗中意外現(xiàn)象的發(fā)生，提高實驗效果，筆者探索了一種新的思路：實驗操作方便，實驗現(xiàn)象鮮明，便于觀察，方便的收集和驗證實驗產(chǎn)生的氣體；實驗方法新穎，能激發(fā)增加學(xué)生的實驗興趣；增強(qiáng)實驗的探究性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力和實驗創(chuàng)新能力。

一、實驗部分

1.實驗器材與藥品：

儀器：長頸漏斗、錐形瓶、試管、導(dǎo)氣管、雙孔橡皮塞、止氣夾、水槽、酒精燈、火柴、濾紙、鑷子、小刀等。

藥品：鈉、水、酚酞試液、煤油。

2.實驗裝置（見圖）

3.實驗過程：

圖1 排水法收集氫氣

圖2 排空氣法收集氫氣

取帶有長頸漏斗和導(dǎo)氣管的雙孔橡皮塞，塞入錐型瓶口，檢驗裝置氣密性。在錐形瓶中注入三分之二的水并滴入幾滴酚酞試液，之后再注入稍小于三分之一的煤油。準(zhǔn)備并連接排水收集裝置（或者排空氣收集裝置）。用鑷子夾入黃豆大的一小塊鈉，之后迅速將橡皮塞塞住錐形瓶瓶口，夾緊夾子。應(yīng)完成后，打開夾子，收集氣體。將收集氣體的試管用手堵住管口并靠近火焰，并用一小燒杯罩于點(diǎn)燃?xì)怏w火焰上方。

4.實驗現(xiàn)象：

鈉穿過煤油層，與水接觸時，浮在水面，迅速游動并融化成一閃亮的小球，發(fā)出“嘶嘶”的響聲，同時鈉粒被產(chǎn)生的氣體沖起上浮進(jìn)入煤油層，如此反復(fù)直至反應(yīng)完畢。錐形瓶中水邊為紅色且長頸漏斗中水上升，錐形瓶內(nèi)液面下降。

反應(yīng)完成后，打開夾子，長頸漏斗內(nèi)液面下降，錐形瓶內(nèi)氣體排出，導(dǎo)氣管口有氣泡產(chǎn)生，如圖1。如果用排空氣收集法則用試管直接收集氫氣即可，如圖2。

用排水法收集氣體，用手堵住試管口并靠近火焰，聽到“噗噗”聲，證明收集氣體為氫氣且純度較高。如果排水法收集則用手堵住試管口，靠近火焰則聽到爆鳴聲，證明收集氣體不純凈。

二、實驗結(jié)果與討論

1.該實驗改進(jìn)后較教材上有以下優(yōu)點(diǎn)：

操作簡便，易于控制，成功率高。

鈉與水反應(yīng)可以看到有大量氣泡產(chǎn)生，這不僅直觀說明了鈉跟水反應(yīng)有氣體產(chǎn)生，而且鈉跟水反應(yīng)的劇烈程度也得到了很好的顯現(xiàn)（比鋅與稀酸的反應(yīng)要劇烈的多）。

對比明顯現(xiàn)象顯著。由于下層是水，上層是煤油，可以看到，鈉在水和油的分界處，與水反應(yīng)，此現(xiàn)象能強(qiáng)烈啟示觀察者對“鈉的密度比水小”這一物理性質(zhì)的認(rèn)識。

2.該實驗具有較強(qiáng)的科學(xué)性和嚴(yán)密性

高一教材利用小試管收集鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體憑聽其爆鳴聲驗證氣體似有“主觀臆斷”之嫌，改用干燥的小燒杯罩于點(diǎn)燃?xì)怏w火焰上方，觀察到有水珠生成，斷定氣體為氫氣更有理有據(jù)，具有科學(xué)性。

在鈉與水改進(jìn)實驗中，錐形瓶中煤油將鈉與水的反應(yīng)控制在近乎無氧的環(huán)境里進(jìn)行，因此產(chǎn)生氫氣可近似認(rèn)為純氫氣，所以點(diǎn)燃時與空氣中少量氧氣混合后不在爆炸極限范圍內(nèi)，所以該實驗產(chǎn)生氣體在點(diǎn)燃前可不驗純。這樣做有利于培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力。增強(qiáng)實驗趣味性，使教學(xué)效果更佳。

結(jié)語

以水和煤油為體系研究鈉的物理和化學(xué)性質(zhì)，實驗現(xiàn)象明顯，過程便于控制，成功率高，危險系數(shù)小，更能體驗化學(xué)實驗的樂趣。