楊香菊 吳國權(quán)

摘要： 鈉與水反應(yīng)及鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)的經(jīng)典演示實(shí)驗(yàn)，教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)教科書中這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)有值得商榷之處。通過對各類教材、文獻(xiàn)中介紹的方法進(jìn)行比較，對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案作了再改進(jìn)。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡便安全，現(xiàn)象清晰可見，減少了白煙污染，避免了強(qiáng)光干擾，體驗(yàn)到光和熱的震撼場面，激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)的好奇和興趣。

關(guān)鍵詞： 鈉與水反應(yīng)； 鋁熱反應(yīng)； 演示實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號： 1005-6629（2023）04-0077-03

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 問題的提出

1.1? 關(guān)于鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一，縱觀人教版各種版本及現(xiàn)行普通高中三個(gè)版本教科書［1～3］中該演示實(shí)驗(yàn)的操作方法，發(fā)現(xiàn)都有改進(jìn)的空間。早些時(shí)候的人教版教科書中使用鋁箔包著鈉再戳幾個(gè)洞用鑷子夾持在水下，用排水法收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體［4］。但用此法來證明收集的氫氣是鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的并不嚴(yán)謹(jǐn)：因?yàn)闅溲趸c溶解氧化鋁保護(hù)膜并與鋁反應(yīng)也可產(chǎn)生氫氣。

現(xiàn)行普通高中三個(gè)版本教科書中均有鈉與水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，均采用向培養(yǎng)皿（或燒杯）中加適量水，滴入1～2滴酚酞溶液，將切好的鈉投入到水中觀察現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)中可以觀察到一些基本現(xiàn)象，但是對于實(shí)驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣這個(gè)結(jié)論卻并未加以嚴(yán)密驗(yàn)證。當(dāng)然教師可以引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原的角度分析，既然鈉失去電子生成氫氧化鈉，則必然是氫元素得到電子生成氫氣，這種從理論上引導(dǎo)學(xué)生理解反應(yīng)產(chǎn)物，肯定不如利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

針對上述問題，許多教師提出了自己的改進(jìn)方案［5～8］。他們總計(jì)提出了約16種方案，這些方案的主要特征基本上可概括為：（1）利用了注射器；（2）利用啟普發(fā)生器的原理兩類（如圖1、圖2、圖3等）。

其中畢曉昀、張會(huì)清老師利用礦泉水瓶子、橡皮塞和大頭針的方法比較獨(dú)特，能夠快速地檢驗(yàn)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣（如圖4）。

但是，現(xiàn)有的所有改進(jìn)方案在簡約性方面或現(xiàn)象的全面性方面仍有一定缺陷。筆者設(shè)計(jì)的金屬鈉演示實(shí)驗(yàn)的方法與眾不同，符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性、可行性、簡約性的基本要求。亮點(diǎn)是其簡約性特別明顯，所有想要的反應(yīng)現(xiàn)象都能充分快捷地展現(xiàn)（包括氫氣的驗(yàn)證），且具有趣味性。

1.2? 關(guān)于鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

對于鋁熱反應(yīng)的引燃、反應(yīng)現(xiàn)象的更完美展現(xiàn)、消除空氣污染等問題，已有許多老師提出了解決方案［9］，但有些方案在實(shí)際操作中常常不成功或不理想，原因是高溫下容易產(chǎn)生大量的白煙干擾現(xiàn)象，且有些反應(yīng)結(jié)論還有不嚴(yán)謹(jǐn)之嫌。為此筆者做了改進(jìn)，現(xiàn)分別介紹如下。

2? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1? 金屬鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.1.1? 實(shí)驗(yàn)用品

25mm×200mm的大試管、鐵架臺、鑷子1把、小刀、長竹簽、火柴（打火機(jī)）各1個(gè)，濾紙2片、蒸餾水（自來水）、約3粒綠豆大小的金屬鈉塊、酚酞試劑

2.1.2? 實(shí)驗(yàn)裝置

裝置如圖5所示。

2.1.3? 操作步驟及說明

大試管中加入約1/4高度的水，滴入酚酞2滴。取一小塊鈉用濾紙吸干其表面的煤油后立即投入試管中，管口蓋上濾紙。視鈉塊所剩很少時(shí)，取下濾紙并迅速用燃著的竹簽放在試管口，這時(shí)除了鈉熔化成小球在水面快速運(yùn)動(dòng)發(fā)出絲絲響聲和水變紅外，還會(huì)看到，有火焰由上而下生成，并伴著尖銳的口哨聲沖出試管。剎那間，學(xué)生的歡呼聲和掌聲也響成一片。

為了全體學(xué)生都能看清楚演示，可在做實(shí)驗(yàn)時(shí)用平板電腦直播投屏到大屏上。如果有條件可用高速攝影拍下點(diǎn)燃時(shí)火焰爆燃的情形。

2.1.4? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

該演示實(shí)驗(yàn)所需用品極少，裝置也極其簡單，操作簡便安全，過程一氣呵成。所有的現(xiàn)象都清晰可見，彌補(bǔ)了教科書上該演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象震撼、神奇。演示用時(shí)很少（1～2分鐘），節(jié)省了課堂時(shí)間。由于大試管是敞開體系，鈉的用量極小，反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣量不大，爆鳴無危險(xiǎn)。而且還可利用該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生延伸理解為何加油站要防火，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對學(xué)生進(jìn)行安全教育。

2.2? 鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

Fe2O3+2Al高溫2Fe+Al2O3

2.2.1? 實(shí)驗(yàn)用品

500mL的燒杯1只（杯底鋪好一小層砂）、鐵架臺、25mm×200mm的大試管（底部打個(gè)小孔）1只、濾紙1片、干燥的氧化鐵粉、鋁粉、研缽、藥匙2只、開塞露1只、磁鐵1個(gè)、高錳酸鉀

2.2.2? 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

2.2.3? 操作步驟及說明

500mL燒杯中加入2/3高度的水，底部鋪一小層砂防止燒杯被產(chǎn)物砸破。為防止反應(yīng)時(shí)上噴過高、噴射面積過大不安全，以及防止表面過大易散熱不宜引燃等的缺陷，將反應(yīng)裝置改為底部打一小孔的大試管（底部打孔是為了降低火焰向上噴射的高度），其中嵌入折疊成過濾時(shí)所用的濾紙，用手指按住使濾紙保持中空。試管豎直放置在燒杯正上方，其底部與燒杯上沿平齊。取3藥匙干燥的氧化鐵粉末和1藥匙的鋁粉混勻后加入試管里的濾紙凹槽中，再在鋁熱劑上加1藥匙的高錳酸鉀。最后再往高錳酸鉀不同部位快速滴8～10滴開塞露的液滴（實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，若用純甘油滴入高錳酸鉀時(shí)由于其流動(dòng)性差很難引發(fā)反應(yīng)）。稍后約20秒左右，會(huì)看到鋁熱反應(yīng)劇烈發(fā)生。向上有紫色的火焰噴射（伴有白煙），向下有一團(tuán)小火球由試管底部小孔滴落進(jìn)入燒杯里的水中，并伴著較大的響聲在水下竄動(dòng)，其紅熱狀態(tài)保持約10秒左右，場面讓觀看者震撼，驚叫聲四起。1分鐘后用磁鐵伸進(jìn)燒杯中可吸出約有3粒黃豆大小的外表銀白色的小球。建議在實(shí)驗(yàn)室做該實(shí)驗(yàn)時(shí)要離人群3米以上距離。

2.2.4? 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

操作簡便安全，學(xué)生可清晰地觀察到明顯且震撼的反應(yīng)現(xiàn)象?？吹矫爸鹎虻蔫F水由試管上部滴落墜入燒杯底部的過程。由于有水和砂層的保護(hù)以及冷卻作用不僅防止了高溫下的產(chǎn)物液態(tài)鐵被氧化，而且可使反應(yīng)產(chǎn)生的銀白色的小鐵球清晰可見（由磁鐵吸出），彌補(bǔ)了以往演示實(shí)驗(yàn)的不足。由于棄用了沸點(diǎn)較低的鎂，不僅避免了氧化鎂的白煙污染，而且不會(huì)有鎂燃燒所發(fā)出強(qiáng)光的干擾，使學(xué)生更能看清楚鋁熱反應(yīng)本真的反應(yīng)現(xiàn)象，體驗(yàn)到甘油與高錳酸鉀相遇引發(fā)的光和熱的震撼場面，感受到氧化還原反應(yīng)的神奇。

該鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

很好地說明了鋁粉與氧化鐵反應(yīng)生成了鐵，排除了鎂粉與氧化鐵發(fā)生反應(yīng)的嫌疑。

對教科書中某些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，把抽象的反應(yīng)的化學(xué)方程式變成了鮮活的現(xiàn)實(shí)場景，激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)的好奇和興趣。

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