钠与水反应实验方案创新设计.pdf

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2013年第6期钠与水反应实验方案创新设计吴茂江宁夏师范学院化学与化学工程学院（756000）笔者对钠与水反应实验从用品的易得性、装置的美观性、操作的简便性、实验过程的安全性、实验现象的明显性、实验结果的可信性等方面进行了科学合理的设计。

一、设计目标及设计思路1设计三维目标。

（1）知识与技能目标。

通过该实验方案的设计与验证，了解金属钠的表观现象即物理性质；理解钠与水反应的本质，为学习碱金属的物理性质和化学性质打下基础。

（2）过程与方法目标。

通过实验操作，体验科学实验设计及实践验证的科学探究过程；感受设计目标对实验设计及实验观察的指导意义。

（3）情感态度与价值观目标。

通过方案的设计与实践，激发学生学习化学的兴趣，培养学生乐于探索化学奥秘的精神，激发学生科学严谨的求知欲。

2设计思路。

钠与水的反应实验历来是中学化学中验证金属性质的一个重要实验，很多化学教师在教学过程中不断进行改进探讨。

新一轮课改后的新教材同样把钠与水反应实验作为一项重要的实验，并在旧教材的基础上不断改进，如现行高一化学教科书（必修1）中不但设计出该实验的实验方案，而且提高了实验组织方式的灵活性。

该实验在教学中既可作为课堂演示实验，也可作为学生探究实验，还可作为学生分组实验。

但教材中对钠与水的反应采用两套实验方案，第一套用于观察钠与水反应的现象，第二套用于收集检验钠与水反应产生的气体。

笔者在指导学生实习的过程中发现，若按照教科书上的装置和方法，无论是进行演示探究还是开展分组实验，均存在着以下明显不足：

（1）对钠与水反应一般现象的观察和对产生气体的检验分为两次做，既浪费时间，又浪费药品，给准备工作和实际操作带来了许多麻烦。

（2）钠与水的反应没有专门的反应容器，而反应在敞口的烧杯或培养皿中进行，由于钠与水的反应比较剧烈，使钠容易溅出反应容器，存在着一定的安全隐患。

（3）在用排水法收集氢气时，需要将盛满水的试管倒置于烧杯内，即使用500mL的烧杯，水也容易溢出来，从而带来操作的不便。

此外，要把手伸进烧杯中，而钠与水反应生成的氢氧化钠溶液有腐蚀性，易腐蚀皮肤。

（4）在检验氢气的实验操作中，金属钠容易从铝箔中脱落，浮出水面，达不到实验预定的目的，只能重做，从而浪费药品和时间。

此外，金属钠的量不好控制，量少了收集不满一试管的氢气，量多了又有危险。

近年来也有不少改进探讨文章散见于相关刊物，这些改进各有所长，但仔细分析，仍摆脱不了复杂的装置，从而使准备和操作不方便。

有的采用玻璃器皿，易损坏且有危险；有的产生的氢气量不能收集验证等。

笔者在指导学生实验的实践中，对该实验再次设计，从仪器的替换、装置的重组、操作方法的改变等方面着手进行，实验效果较好。

二、实验用品及实验装置1实验所需用品。

60mL一次性医用注射器一支，100mL透明医药瓶一个（作反应器），矿泉水瓶一个（截取下部，作水槽用），带导管（用一次性笔芯管制作）的双孔胶塞一套；金属钠粒（黄豆粒大小）一粒，滴加酚酞试液的蒸馏水30mL，煤油10mL，洗涤剂适量，火柴。

2实验装置示意图。

实验装置示意图如图1所示。

三、操作过程及实验现象1操作过程。

图1实验装置示意图一次性注射器透明饮料瓶煤油层钠粒洗涤剂液加酚酞试液的蒸馏水实验设计与技术37SHIYANJIAOXUEYUYIQI2013年第6期

（1）检查装置的气密性。

（2）在透明医药瓶中放入擦干净的钠粒并注入煤油，在注射器中吸入加酚酞试液的蒸馏水30mL，在自制水槽中加入适量洗涤剂。

（3）按照图1装置组装好各种仪器（用石蜡封好可能漏气处）。

（4）向盛有煤油和钠粒的医药瓶中推入加酚酞试液的蒸馏水。

（5）反应23min后，用燃着的火柴直接靠近洗涤剂气泡。

2实验现象。

（1）在实验前，银白色的钠粒在煤油中，不与煤油反应。

（2）当向反应容器中加入蒸馏水时，蒸馏水进入下层，钠粒立即浮于水面层之上、煤油层之下，并且钠粒在水层面上翻滚游动，逐渐熔化成闪亮的银白色金属小球，并能听到反应的“嘶嘶”声。

煤油层中有大量的气泡出现，蒸馏水层由无色逐渐变成红色。

（3）当用燃着的火柴靠近洗涤液气泡时，发出“噼啪”的爆鸣声。

四、现象分析及结果讨论1实验现象分析。

（1）在实验前，由于钠不和水发生反应，且密度大于煤油（金属钠的密度为0.97gcm-3，煤油的密度为0.78gmL），所以将钠粒置于煤油中，一是为了防止钠粒在空气中被氧化，二是便于观察钠粒的表观现象。

（2）当加入蒸馏水后，因为水的密度比金属钠的密度大（水的密度为1.00gmL），所以钠粒浮于水层面上，而在煤油层下。

（3）因为钠在煤油和水之间，它与水反应放出气体，气体把钠粒推进到煤油层中，与水层脱离，反应停止，钠又缓慢落回水层与水反应，这样，钠就在煤油层和水层之间不停地来回翻动；该反应是放热反应，而金属钠的熔点较低（97.81），使钠粒在反应过程中逐渐熔化；反应放出的气体能与水面摩擦发出响声；若产生物能使酚酞试液变红，则证明反应过程中有碱性物质生成。

（4）气泡能够发出爆鸣声，证明反应生成的气体可能是一种可燃气体。

2实验结果讨论。

因为该反应是金属钠和水的反应，根据参加反应的物质中所含元素（含有Na，H，O）进行分析，能使酚酞试液变红的碱性物质应该是氢氧化钠；能在空气中爆鸣的气体应该是氢气（氢气在空气中的爆炸极限值是4%74.2%），于是该反应可表示为：

2Na+2H2O=2NaOH+H2钠是活泼金属，常温下就能跟水发生剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气。

该反应是一个氧化还原反应，钠是强还原剂，被氧化为+1价的钠离子，而水作为氧化剂，被还原为氢气。

五、方案优点及实践反思1该方案的主要优点。

（1）该实验不需实验室中的任何仪器，所用仪器均为常见塑料制品，容易找到，不易损坏，装置小巧、大方美观，操作简便，成功率高，特别有利于条件差的学校开展实验。

（2）该设计通过一个实验即可完成教材中两个实验的内容，既节省药品和实验时间，方便师生准备，又可利用钠、水、煤油三者的密度关系提高实验的趣味性。

同时，由于实验现象新颖，便于学生反复观察，能加深直观印象，提高感性认识。

（3）在该实验过程中，由于有煤油层起缓冲作用，实验反应平稳、安全可靠、现象明显，在克服钠与水反应的同时伴有与空气中氧气反应太剧烈的现象。

（4）实验内涵丰富，设计在较大程度上融合了金属钠的物理性质，解决了钠与水反应的各种问题，省去了原实验中用排水法收集氢气的操作，将气体生成、产物检验、爆鸣实验集于一起，既可作为教师课堂演示实验，又可作为学生探究实验，还可作为学生分组实验，对启发学生的发散思维、培养学生的创新能力具有积极作用。

2该方案实践后的反思。

化学实验在化学教学中占有重要的地位，它以客观、真实、可信的事实吸引学生。

该实验从设计、实践、效果分析到结论认定等整个过程科学严谨、合理可行，只有这样才能培养学生的观察能力、思维能力、综合分析能力和解决实际问题的能力。

因此，笔者认为，无论是改进还是创新，其实验方案必须遵循原理科学性、用品易得性、装置简单性、操作方便性、过程安全性、效果明显性、结论可信性原则。

改进方案的设计，无非是实验原理和实验条件重选、实验用品替换、实验装置重组、操作方法改变、实验顺序调整等。

如果要改进某个实验，就要指出原实验方案中的不足之处，同时明确自己改进设计的新方案和原方案相比较，具有哪些鲜明的优点，从而真正得到更准确的结论。

上述创新设计已经过多年的实践检验，笔者认为可行，请同行指正。

实验设计与技术38