◎ 朱大葉

金屬鈉與水反應實驗選自新人教版(2019)化學必修第一冊第二章第一節(jié)鈉及其化合物,鈉與水反應實驗,該實驗處于高中化學教學初期,對于培養(yǎng)學生對化學產(chǎn)生興趣非常重要,做好該實驗具有重要的價值與意義。

經(jīng)過多次實驗后,我在課本實驗基礎上進行了改進。通過改進,實驗裝置更簡便、現(xiàn)象更加明顯,同時也提高了氫氣的純度,實現(xiàn)對產(chǎn)生氣體的收集與檢驗,并提高了實驗的安全性,更加便于學生進行操作。

一、實驗裝置所需儀器

鐵架臺1 個、鐵夾1 個,U 形管1 支,打孔橡膠塞2 支,帶有針頭的塑料注射器1 個,燒杯,橡皮管,小刀,鑷子,玻璃片。

二、實驗藥品

金屬鈉,煤油,酚酞,蒸餾水

三、操作過程

1.檢查裝置氣密性

在U 形管中灌一些水,使U 形管兩端頁面相平,在a 管處塞上橡膠塞,在b 管處插上帶有注射器的橡膠塞,注射器活塞已向上拉出。推動注射器活塞,U 形管中出現(xiàn)頁面差則說明裝置氣密性良好。若無液面差,則氣密性不好,重新進行更換儀器,再次檢驗。

2.制備檢驗氣體

(1)在 U 形管中灌滿水至管口2cm 處,并滴入兩到三滴酚酞溶液,b 管處裝1cm 左右的煤油,a 管處塞上一根接有橡皮管的導管,與外界大氣壓相通。b 管橡膠塞上插入注射器,但注意針頭插入不可太深。將綠豆大小的鈉塊放入U 形管b 管處,隨即將插有注射器膠塞塞進b 管處。鈉塊在煤油和水的界面上下浮動,發(fā)生反應產(chǎn)生氣體,氣體不溶于水,在b 管產(chǎn)生氣體壓強,b 管處液面下降,a 處導管內(nèi)液面上升,液體從導管處流到燒杯中。直到反應結束,溶液顏色變紅,說明有氫氧化鈉產(chǎn)生?？捎胋 管處注射器抽取產(chǎn)生的氣體。在注射器針頭處用火柴點燃,出現(xiàn)淡藍色火焰,持續(xù)推動針筒活塞,在火焰上方放置一個干燥的燒杯,燒杯中出現(xiàn)水霧,再放一個蘸有澄清石灰水的燒杯,石灰水不變渾濁,說明產(chǎn)生的氣體是氫氣。

3.實驗結論

鈉塊與水反應,鈉在煤油和蒸餾水界面上下浮動,說明金屬鈉密度比煤油大比水小,滴有酚酞的溶液變紅,生成了一種堿性物質(zhì),通過元素分析則生成了氫氧化鈉。通過實驗檢驗氣體,發(fā)現(xiàn)生成的氣體為氫氣。

反應方程式:2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

4.實驗裝置改進點

(1)采用 U 形管易得易組裝,且減少其他設計實驗中安裝干燥管或者去底塑料瓶的步驟,現(xiàn)象明顯,推廣價值較高。

(2)U 形管中滴入幾滴酚酞溶液,可以非常直觀地看到鈉塊在溶液中的變化,同時可看到溶液顏色的變化,可探究出該實驗不僅產(chǎn)生了一種不溶于水的氣體,還產(chǎn)生了一種堿性物質(zhì)。

(3)通過金屬鈉在U 形管中的位置直觀理解鈉、水、煤油的密度大小。

(4)注射器收集檢驗氣體較為簡便,安全,利用排水法收集的氣體也不需要驗純,非常利于學生自行進行操作。

(5)利用注射器上地收集到氣體的刻度線也可進行定量實驗,計算得出相關數(shù)據(jù)。

四、小結

本文中裝置的創(chuàng)新點在于U 形管和帶針頭的注射器 U 形管減少了裝置的搭建,并減少溶液的損失,更加簡便,注射器的改進實驗因材料來源方便、裝置密封性良好、反應收集檢驗一體化等優(yōu)點作為學生的分組實驗無疑是不錯的選擇。設計氣體的收集與檢驗,實驗現(xiàn)象直觀清晰,這樣學生不僅能根據(jù)實驗現(xiàn)象得出鈉與水反應的氣體產(chǎn)物,而且體驗了科學探究的過程。并且在實際教學中,整個裝置成本較低,安全性較高,非常利于推廣實驗,對于培養(yǎng)中學生對化學實驗的興趣非常有效,促進學生化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。