齊奇
鈉與水反應(yīng)的實驗是高中化學(xué)重要的實驗之一,人教版普通高中課程標準實驗教科書化學(xué)必修1模塊第49頁至第50頁中介紹了該實驗:在燒杯中加一些水,滴入幾滴酚酞溶液,然后把一小塊綠豆大的鈉放入水中。你看到什么現(xiàn)象?
按教材的實驗方案,學(xué)生可觀察到“鈉浮在水面上,熔成小球,小球四處游動,發(fā)出嘶嘶的響聲,最后消失,溶液變紅”的現(xiàn)象,見圖1。
在實驗過程中,我發(fā)現(xiàn)該實驗存在以下不足。
1.鈉與水反應(yīng)非常劇烈,存在一定的安全隱患。如果煤油沒有用濾紙完全吸干或鈉的用量稍大,在鈉與水反應(yīng)的過程中會有火星產(chǎn)生。
2.不能直接觀察到氣體產(chǎn)生,無法對產(chǎn)生的氣體進行收集和驗證。為了收集并驗證氣體,必須設(shè)計另外一套裝置,即用一小塊鋁箔包住金屬鈉,用大頭針在鋁箔上穿幾個小孔,再用排水法收集后驗純。
該方案在實際操作中,金屬鈉易從鋁箔中脫落,浮出水面,導(dǎo)致實驗失敗。金屬鈉的量較難控制,量過少不能集滿氫氣,過多又有安全隱患。
用排水法收集氣體時,生成的氫氧化鈉具有腐蝕性,且驗純實驗不明顯,存在一定缺陷。
3.沒有從實驗本身得出反應(yīng)結(jié)論。教材中第50頁直接給出化學(xué)方程式 2Na+2H2O=2NaOH+H2↑,反應(yīng)生成物NaOH可通過酚酞溶液驗證,但反應(yīng)物中是否有氣體?如果有,又是什么氣體?
通常情況下,老師只能從鈉球的游動及氧化還原反應(yīng)的知識分析得出產(chǎn)生的氣體是氫氣。但作為初學(xué)者,我們更希望通過實驗得出結(jié)論。
一、改進設(shè)想
很多人都對該實驗進行了深入研究及實驗改進,主要集中在對反應(yīng)裝置、點燃方式、反應(yīng)速率的改進。
在眾多改進實驗中也出現(xiàn)了一些不足之處,如所用裝置實驗室不常用、不便于普及、裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費用高、難以從實驗本身得到正確結(jié)論等。
在實驗室中,我注意到一些廢棄的儀器,并受注射器類玩具的啟發(fā),腦海里有了改進鈉與水反應(yīng)實驗的設(shè)想。改進后的實驗裝置見圖2(省略試管夾和燒杯)。
二、實驗用品
實驗器材:廢試管、注射器、試管夾、鐵絲、鑷子、濾紙、小刀、酒精燈、500mL燒杯、橡膠塞。
實驗藥品:金屬鈉、酚酞溶液、蒸餾水。
三、實驗步驟
1.將廢試管底部打破,作為反應(yīng)容器。
2.選取大小合適的橡膠塞,將注射器針頭插入橡膠塞,橡膠塞底部插入一小截鐵絲,鐵絲彎成魚鉤狀。
3.切約為綠豆1/2大小的金屬鈉,用濾紙吸干表面的煤油后,用鑷子將鈉穿在鐵絲上,將鐵絲彎成閉合的圓形。
4.在燒杯中裝滿蒸餾水,用試管夾夾好破底的試管,試管稍傾斜以保證浸滿水,并滴入兩滴酚酞溶液。
5.用橡膠塞快速塞緊試管,鈉接觸水開始反應(yīng),試管內(nèi)液面下降,說明產(chǎn)生大量氣體,待反應(yīng)結(jié)束后用注射器抽取氣體,在酒精燈外焰上點燃,罩在干冷的燒杯內(nèi)。燒杯壁上出現(xiàn)水珠,說明產(chǎn)生的氣體是氫氣。試管內(nèi)的溶液變紅,說明產(chǎn)生了堿性物質(zhì)。
四、優(yōu)點和不足
1.優(yōu)點
本實驗裝置簡單,將廢試管再次利用,經(jīng)濟節(jié)約。金屬鈉的用量少,反應(yīng)較安全。反應(yīng)前試管內(nèi)充滿水,產(chǎn)生的氣體不需要驗純,可直接點燃。用注射器點燃氫氣,操作簡單,現(xiàn)象明顯,充滿趣味。隨著實驗的完成,反應(yīng)生成物也及時得以驗證。
2.不足
要滿足多人同時做該實驗,難以找到大量的廢試管,而且將廢試管破碎過程中,存在一定的安全隱患。在開始反應(yīng)的瞬間,插入橡膠塞的速度要快,且對注射器的密閉性要求較高,否則混入了空氣也會帶來安全隱患。