陳曉芹　黃紫洋

摘要：通過分析現(xiàn)有教材中鈉與水反應(yīng)的演示實驗，以及梳理和評價文獻(xiàn)上報道的該實驗幾個較有代表性的改進(jìn)方案，設(shè)計一種具有趣味性和探究性的演示實驗方案。該方案具有實驗現(xiàn)象易于觀察、反應(yīng)速率適中、能驗證產(chǎn)物、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，有助于學(xué)生加深對鈉與水反應(yīng)實質(zhì)的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：鈉與水反應(yīng);?趣味性演示實驗;?探究性實驗設(shè)計;?三頸燒瓶;?噴泉現(xiàn)象

文章編號：1005-6629（2020）07-0069-04

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

鈉與水反應(yīng)的實驗是高一化學(xué)1的內(nèi)容。該實驗通常作為演示實驗，需要滿足實驗現(xiàn)象易于觀察、演示時間不能太快或太慢，實驗過程具有科學(xué)性、安全、環(huán)保等演示要求。筆者通過對教材中鈉與水反應(yīng)演示實驗的分析，發(fā)現(xiàn)該實驗在上述演示要求上存在一些不足，綜合梳理與分析部分期刊文獻(xiàn)的相關(guān)報道后，設(shè)計了一種具有趣味性和探究性的演示實驗方案，該方案能夠滿足上述演示要求，有助于學(xué)生加深對鈉與水反應(yīng)實質(zhì)的認(rèn)識。

1??教材及期刊中的相關(guān)實驗設(shè)計

現(xiàn)行高中蘇教版化學(xué)教材與高中人教版化學(xué)教材

所提供的鈉與水反應(yīng)的演示實驗方案相同，即在盛有水的小燒杯中事先滴加幾滴酚酞指示劑，將綠豆粒大小的鈉塊直接投入該燒杯中進(jìn)行實驗[1，2]。筆者發(fā)現(xiàn)該實驗方法的不足之處是：反應(yīng)速率太快;沒能科學(xué)地證明反應(yīng)生成的氣體是H2;鈉粒直接投入有水的燒杯中，可能會飛濺，具有安全隱患;反應(yīng)產(chǎn)生的氣體在未檢驗有無污染的情況下，就在敞開的燒杯中隨意排放，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與環(huán)保意識。

為了將教材中鈉與水反應(yīng)的實驗進(jìn)一步完善，許多教學(xué)工作者改進(jìn)了該實驗，目前已見報道的相關(guān)實驗方案中較有代表性的有如下4種。

方案1：實驗裝置如圖1所示。將帶有鈉塊的移液管吸頭放入含有酚酞指示劑和蒸餾水的離心管中，

反應(yīng)即開始，有肥皂泡產(chǎn)生，用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體，

移開移液管反應(yīng)便可停止[3]。

方案2：實驗裝置如圖2所示。輕捏膠頭滴管使V形凹槽內(nèi)含有酚酞指示劑的蒸餾水與鈉粒接觸，反應(yīng)即開始[4]，

用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體。

方案3：實驗裝置如圖3所示。將剪開底部的礦泉水瓶放入含有酚酞指示劑的蒸餾水的敞口儀器中，接著將帶有鈉粒的橡皮塞塞入礦泉水瓶的瓶口，使鈉粒與實驗裝置中的溶液接觸反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后將實驗裝置靠近酒精燈火焰，斜翻起礦泉水瓶，即可檢驗產(chǎn)生的氣體[5]。

方案4：實驗裝置如圖4所示。關(guān)閉裝置中的玻璃活塞1，打開玻璃活塞2，反應(yīng)容器中加入用502膠水處

理后的鈉粒，裝上三角漏斗，注入含有酚酞指示劑的蒸餾水充滿反應(yīng)容器，反應(yīng)即開始，控制玻璃活塞2，使氣體的流速增大，觀察到裝有肥皂水的燒杯中產(chǎn)生肥皂泡[6]，

用燃著的小木條靠近肥皂泡檢驗產(chǎn)生的氣體。

這4種改進(jìn)方案均使用酚酞指示劑檢驗反應(yīng)生成的堿性物質(zhì)，用爆鳴法檢驗產(chǎn)生的氣體。通過對比與分析上述實驗方案，梳理并得出各個實驗方案所存在的優(yōu)缺點(diǎn)，如表1所示。

分析上表可知，教材提供的鈉與水反應(yīng)實驗方案存在反應(yīng)速率太快、未檢驗產(chǎn)生的氣體便得出實驗結(jié)論、科學(xué)性欠佳、裝置完全敞口存在安全隱患且不夠環(huán)保等弊端。

改進(jìn)后的實驗方案中，方案3反應(yīng)速率太快，演示時間不易把控，方案1、方案2、方案4能夠較好地把控演示時間;

方案1～方案4對產(chǎn)生的物質(zhì)都進(jìn)行了檢驗，使實驗結(jié)論遵循客觀事實具有科學(xué)性;4個改進(jìn)方案都不是完全敞口的，避免了液體飛濺，

方案1、方案2、方案4的安全性較好，而方案3產(chǎn)生的氣體在未驗純的情況下，直接靠近酒精燈火焰檢驗，安全性一般;

方案1、方案2、方案3具有環(huán)保性，但由于實驗裝置小，現(xiàn)象不易觀察，因此不太適合作為課堂演示實驗;方案4基本滿足演示實驗的要求，缺點(diǎn)是實驗裝置的環(huán)保性一般、趣味性稍顯不足。

2??鈉與水反應(yīng)趣味性演示探究實驗的設(shè)計

基于對上述實驗方案的分析，筆者取其精華，如借鑒方案4中利用502膠水處理鈉塊以減緩反應(yīng)速率的方法、參考方案3中舊物利用的環(huán)保行為以及方案1中移液管吸頭尖端出現(xiàn)肥皂泡的趣味現(xiàn)象進(jìn)行實驗設(shè)計;并補(bǔ)其不足，使該實驗既滿足實驗現(xiàn)象易于觀察、反應(yīng)速率適中、能對產(chǎn)物進(jìn)行驗證、安全環(huán)保等演示要求，又具有一定的趣味性與探究性。

2.1??實驗?zāi)康?/p>

通過實驗探究鈉與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，加深學(xué)生對鈉與水反應(yīng)原理的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;通過有趣的實驗現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

2.2??實驗準(zhǔn)備與操作

實驗原理：2Na+2H2O2NaOH+H2↑

操作步驟：剪去礦泉水瓶瓶底，瓶蓋上扎一個小洞，使導(dǎo)管恰好穿過該小洞，如圖5所示。組裝好實驗裝置，往三頸燒瓶中加適量蒸餾水，使導(dǎo)管浸沒其中，關(guān)閉尖嘴管上的活塞，蓋上玻璃塞，檢查完裝置的氣密性后，往三頸燒瓶內(nèi)滴入幾滴酚酞指示劑。取綠豆粒大小的鈉塊若干進(jìn)行預(yù)處理：擦干鈉塊表面的煤油，用

502膠水包裹住鈉塊并扎一個小孔，將處理后的若干鈉塊分別投入水中，觀察反應(yīng)速率，選用反應(yīng)速率適中的鈉塊待用。接著，在尖嘴管口上涂肥皂液。

從三頸燒瓶中間的管口投入預(yù)處理好的鈉塊，蓋上玻璃塞，反應(yīng)開始。觀察到反應(yīng)容器內(nèi)的溶液由無色變?yōu)榧t色，導(dǎo)管內(nèi)的水面慢慢上升，打開尖嘴管上的活塞，觀察到有肥皂泡產(chǎn)生，如圖6所示。

關(guān)閉尖嘴管上的活塞，用玻璃棒輕輕挑起肥皂泡，使之飄向空中，用燃著的木棒點(diǎn)燃該氣泡，聽到明顯的爆鳴聲，通過該現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生推測出該實驗產(chǎn)生的氣體為H2。

隨著反應(yīng)進(jìn)行，反應(yīng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)越來越大，導(dǎo)致容器內(nèi)的紅色堿液從導(dǎo)管一側(cè)壓出，觀察到“紅色噴泉”現(xiàn)象，如圖7所示。

通過觀察溶液由無色變?yōu)榧t色以及“紅色噴泉”現(xiàn)象的產(chǎn)生，引導(dǎo)學(xué)生推測出該化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了堿性物質(zhì)NaOH，從而得出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.3??鈉與水反應(yīng)趣味實驗課堂實錄

教師：化學(xué)告訴我們物質(zhì)世界是充滿變化的，世界上唯一不變的是變化本身，今天老師就給大家展示一個變化，請同學(xué)們仔細(xì)觀看。

（將處理好的鈉塊投入到三頸燒瓶中）

教師：觀察到哪些現(xiàn)象呢？

學(xué)生甲：聽到嘶嘶的響聲，鈉塊漂浮在水面上，還會四處游動。

學(xué)生乙：咦？燒瓶里的溶液怎么變紅了？

學(xué)生丙：我看到玻璃導(dǎo)管內(nèi)的液面在慢慢上升。

教師：老師事先在尖嘴管上涂了一點(diǎn)肥皂液，現(xiàn)在打開尖嘴管上的活塞，快看這是什么？

學(xué)生：肥皂泡！

教師：（用玻璃棒挑起肥皂泡，用燃著的木棒點(diǎn)燃肥皂泡）大家現(xiàn)在觀察到什么現(xiàn)象呢？

學(xué)生丙：肥皂泡向上飄起，聽到有爆鳴聲。

教師：為什么會出現(xiàn)這兩個現(xiàn)象呢？

學(xué)生：肥皂泡里含有H2，H2密度比空氣小，就飄起來了，點(diǎn)燃不純的H2有爆鳴聲。

教師：H2是從哪里來的呢？

學(xué)生甲：鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生了H2。

教師：很好！通過該實驗現(xiàn)象，我們發(fā)現(xiàn)鈉與水會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并且產(chǎn)生了H2。

（教師板書：Na+H2O——H2↑+__________）

教師：請同學(xué)們繼續(xù)觀看燒瓶另一側(cè)的現(xiàn)象。

學(xué)生丙：玻璃管內(nèi)的液面越來越高了。

學(xué)生：哇，有“紅色噴泉”。

教師：這個“紅色噴泉”是什么？提示：老師事先在三頸燒瓶里加了蒸餾水和酚酞指示劑。

學(xué)生甲：是鈉與水反應(yīng)后生成了可溶性的堿性物質(zhì)使酚酞溶液變紅。

教師：回答得很好，但這個堿性物質(zhì)到底是什么呢？觀察這個方程式，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，元素不會憑空消失或產(chǎn)生，大家試著推測看看鈉與水反應(yīng)生成的堿性物質(zhì)是什么？

學(xué)生：NaOH。

教師：對！因此鈉與水反應(yīng)還生成了NaOH。

教師：現(xiàn)在請同學(xué)們拿出草稿紙完成該反應(yīng)的化學(xué)方程式的書寫。有哪位同學(xué)愿意上來板書，展示出你的答案呢？

學(xué)生?。何襾恚?/p>

（學(xué)生板書：2Na+2H2OH2↑+2NaOH）

教師：這就是鈉與水反應(yīng)的實驗原理。

2.4??實驗中的注意事項

（1）?三頸燒瓶中的水量要適中。若水面超過三個頸部的末端，易導(dǎo)致實驗失敗;若水量太少則難以產(chǎn)生“紅色噴泉”，只能看到堿液被壓入玻璃導(dǎo)管的現(xiàn)象。

（2）?鈉塊的預(yù)處理。取綠豆粒大小的鈉塊，若鈉塊太大則反應(yīng)過于激烈，若鈉塊太小，產(chǎn)生H2量不足，難以觀察到實驗現(xiàn)象;將鈉塊用502膠水包裹時，較好的操作方法是：將502膠水倒在小容器內(nèi)，再將切好的鈉塊浸入后撈出晾干;將包裹著502膠水的鈉塊扎小孔時，若小孔數(shù)量只有一個，反應(yīng)不會過于激烈，處理后可事先放入裝有水的燒杯中進(jìn)行試驗，確認(rèn)反應(yīng)速率不會過快再投入三頸燒瓶中反應(yīng)。

（3）?需用干燥的鑷子夾取鈉塊。

（4）?生成的NaOH溶液需回收并進(jìn)行綜合處理。

3??結(jié)論

本實驗設(shè)計將肥皂泡的生成和“紅色噴泉”產(chǎn)生等趣味實驗現(xiàn)象作為探究的啟發(fā)點(diǎn)，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察與探討，推斷出鈉與水反應(yīng)的產(chǎn)物，從而獲得鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式。實驗過程具有明顯的探究性，能夠加深學(xué)生對鈉與水反應(yīng)實質(zhì)的認(rèn)識，有助于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。該演示實驗設(shè)計方案比較符合演示要求，可以為高中化學(xué)一線教師在進(jìn)行鈉與水反應(yīng)的課堂演示教學(xué)時提供參考與借鑒。

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