摘 要：化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，鈉與水反應(yīng)的實驗是高中化學(xué)的一個重要實驗，該實驗既可以使學(xué)生增強(qiáng)對金屬鈉活潑性的感性認(rèn)識，又可以讓學(xué)生明白當(dāng)活潑金屬著火時，不能用水滅火的原因，還可解決生成物是什么以及如何檢驗生成物等問題。但是在現(xiàn)行的教材中介紹的實驗方法都存在不盡如人意之處，筆者經(jīng)過多次實驗探索，得出一種操作簡單、安全、現(xiàn)象明顯的實驗設(shè)計。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；實驗；創(chuàng)新設(shè)計

一、 創(chuàng)新實驗來源

蘇教版高中化學(xué)教材《必修1》專題二有關(guān)“金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”中，在研究鈉與水的反應(yīng)產(chǎn)物時，課本上設(shè)計的實驗內(nèi)容是：向一只盛有水的小燒杯中滴加幾滴酚酞溶液，然后投入一小塊（約綠豆粒般大?。┙饘兮c，觀察實驗現(xiàn)象。我們觀察到的現(xiàn)象可以簡單概括為：“浮、熔、游、響、紅”，即鈉浮在水面上，迅速熔化為白色的小球，在水面上不斷地游動，并發(fā)出嘶嘶的響聲，最后使滴有酚酞的水溶液變紅。

（圖為教材中的鈉與水反應(yīng)裝置及過程現(xiàn)象）

筆者在實際教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，該實驗無論進(jìn)行演示探究還是開展分組操作，均存在以下不足：

1. 實驗產(chǎn)生的氣體難以驗證。由于該反應(yīng)在敞口的燒杯中進(jìn)行，很難直接收集到氣體并加以驗證。故只能將結(jié)論直接給學(xué)生，這樣不利于培養(yǎng)和啟發(fā)學(xué)生的探究能力。

2. 實驗的時間難以把握。由于鈉屬于活潑金屬，容易被空氣氧化，必須在課堂上現(xiàn)場取出并處理后，方可進(jìn)行實驗，會使整個實驗準(zhǔn)備的時間較長，浪費(fèi)了寶貴的教學(xué)時間，不利于有效教學(xué)。

3. 實驗的進(jìn)程難以控制。由于鈉與水直接接觸反應(yīng)劇烈，導(dǎo)致觀察時間短。有時反應(yīng)放出的熱量使鈉塊燃燒，甚至反應(yīng)生成的氫氣和氧氣在爆炸極限以內(nèi)形成爆炸性混合氣體，在鈉塊附近發(fā)生爆炸，造成堿液飛濺，稍有不慎，很容易發(fā)生事故。為驗證鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是否為氫氣，并使實驗更加安全、清晰且適合學(xué)生自主探究，同時強(qiáng)化課堂效率，筆者通過思考并查閱資料，通過多次實驗驗證，作如下改進(jìn)。

二、 實驗試劑及儀器

1. 實驗試劑：金屬鈉、酚酞溶液、肥皂水、水、煤油。

2. 實驗儀器：具支U型管、注射器、直角彎導(dǎo)管、橡皮塞、橡皮管、燒杯、火柴、止水夾、濾紙、小刀、鑷子、膠頭滴管、酒精燈。

三、 實驗裝置及構(gòu)造

實驗裝置如圖所示（略去鐵架臺及夾持裝置）。

四、 實驗原理分析

1. 設(shè)計原理：

鈉是活潑金屬，實驗前將鈉置于煤油中：一是防止鈉粒在空氣中被氧化，二是便于觀察鈉粒的表觀現(xiàn)象。當(dāng)注入加了酚酞的水后，由于水的密度（1g·ml-1）比鈉（0.97g·cm-3）和煤油（0.78g·ml-1）大，且與煤油互不相溶，所以鈉粒浮于水層上面，煤油層下面。鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生氣體，把鈉粒推進(jìn)到煤油層中，與水層脫離，反應(yīng)停止，在重力的作用下，鈉粒又回落到水層與水反應(yīng)。這樣，鈉粒就在煤油層和水層之間不停地來回翻動。反應(yīng)中可觀察到鈉粒熔化，并發(fā)出嘶嘶的響聲，則證明該反應(yīng)放熱，金屬鈉熔點較低。產(chǎn)物能使酚酞試液變紅，則證明反應(yīng)有堿生成。產(chǎn)生的氣體經(jīng)檢驗有爆鳴聲，則證明反應(yīng)生成了可燃性氣體。

2. 結(jié)果分析：

結(jié)合實驗現(xiàn)象，根據(jù)參加反應(yīng)的物質(zhì)中所含元素（含有Na、H、O）進(jìn)行分析，使酚酞試液變紅的堿性物質(zhì)應(yīng)該是氫氧化鈉；在空氣中爆鳴的氣體應(yīng)該是氫氣（氫氣在空氣中的爆炸極限是4%～74.2%），于是該反應(yīng)可表示為：2Na+2H2O2NaOH+H2↑。從氧化還原反應(yīng)角度分析，該反應(yīng)的過程中，鈉是強(qiáng)還原劑，被氧化為+1價的鈉離子，而水作為氧化劑，部分氫原子被還原為氫氣。

五、 實驗步驟及現(xiàn)象

1. 實驗準(zhǔn)備：

（1）按照裝置圖連接好實驗儀器，并檢驗裝置的氣密性。（2）往具支U型管中加入切好的鈉，并用膠頭滴管加入1-2ml煤油浸沒鈉。U型管左管口用塞有注射器的橡皮塞塞緊（注射器中裝有滴了酚酞的水），左支管口的橡皮管用止水夾夾住，右邊管口用橡皮塞塞緊，右支管口連接直角彎導(dǎo)管插入肥皂水中。

2. 實驗操作及現(xiàn)象：

（1）推動注射器活塞，往U型管中注入加了酚酞的水，水沖擊煤油后與鈉接觸，迅速反應(yīng)，鈉粒熔化成白色小球，在煤油和水之間的夾層中繼續(xù)反應(yīng)，酚酞溶液變紅色，有大量氣體放出，經(jīng)直角導(dǎo)管進(jìn)入肥皂水中，觀察盛有肥皂水的燒杯，有泡泡產(chǎn)生。（2）用燃著的火柴靠近泡泡，能聽到“噗噗”的響聲，則證明有氫氣生成。

六、 實驗設(shè)計特色

近年來關(guān)于鈉與水反應(yīng)的改進(jìn)有很多，這些改進(jìn)各有所長，但也有諸如裝置復(fù)雜、操作不方便、成功率不高等弊端。筆者認(rèn)為實驗改進(jìn)必須遵循原理的科學(xué)性、用品的易得性、裝置的簡單性、操作的方便性、過程的安全性和效果的明顯性。從實踐的效果上來看，該實驗的改進(jìn)具有以下優(yōu)點：

（一） 本實驗裝置簡單易操作

實驗中所需儀器均屬于化學(xué)實驗室中常規(guī)儀器，裝置小巧大方、儀器的組裝和實驗操作都很簡單，保證了實驗的成功率。煤油的運(yùn)用避免了鈉被空氣中的氧氣氧化，可在課前就把裝置藥品準(zhǔn)備好，節(jié)省了寶貴的課堂教學(xué)時間，實驗時只需推動注射器注入溶液即可。

（二） 本實驗現(xiàn)象明顯易判斷

實驗中能直接觀察到鈉與水反應(yīng)的整個過程，通過鈉粒的熔化，很容易判斷反應(yīng)是放熱，且金屬鈉的熔點低；通過金屬在水層和煤油層的行為，很容易判斷三者的密度關(guān)系。通過肥皂水中泡泡的產(chǎn)生，很容易判斷有氣體產(chǎn)生；通過點燃泡泡的爆鳴聲，很容易判斷生成的氣體為氫氣。

（三） 本實驗過程清晰易控制

實驗中由于煤油的緩沖作用，使原本劇烈的實驗反應(yīng)趨于平穩(wěn)，從而避免了因劇烈反應(yīng)可能產(chǎn)生的諸如燃燒、爆炸等危險，實驗過程安全可靠，學(xué)生也能有更長的時間觀察反應(yīng)，觀察過程更加清晰，提高感性認(rèn)識，同時也有利于進(jìn)行自主探究。

（四） 本實驗內(nèi)涵豐富易推廣

實驗中較大程度融合了鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的問題。將氣體的生成、產(chǎn)物的收集與檢驗集為一體，既可以作為教師課堂演示實驗，又可以作為學(xué)生探究實驗。同時這一裝置，還可以用于NO2、SO2、CO2、O2、NH3等氣體的生成和檢驗。對學(xué)生的思維發(fā)散和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)有積極的作用。

作者簡介：

沈顯好，江蘇省鎮(zhèn)江市，江蘇省大港中學(xué)。