钠与水反应实验的创新设计

摘 要：化学是以实验为基础的学科，钠与水反应的实验是高中化学的一个重要实验，该实验既可以使学生增强对金属钠活泼性的感性认识，又可以让学生明白当活泼金属着火时，不能用水灭火的原因，还可解决生成物是什么以及如何检验生成物等问题。但是在现行的教材中介绍的实验方法都存在不尽如人意之处，笔者经过多次实验探索，得出一种操作简单、安全、现象明显的实验设计。

关键词：化学；实验；创新设计

一、 创新实验来源

苏教版高中化学教材《必修1》专题二有关“金属钠的性质与应用”中，在研究钠与水的反应产物时，课本上设计的实验内容是：向一只盛有水的小烧杯中滴加几滴酚酞溶液，然后投入一小块（约绿豆粒般大小）金属钠，观察实验现象。我们观察到的现象可以简单概括为：“浮、熔、游、响、红”，即钠浮在水面上，迅速熔化为白色的小球，在水面上不断地游动，并发出嘶嘶的响声，最后使滴有酚酞的水溶液变红。

（图为教材中的钠与水反应装置及过程现象）

笔者在实际教学实践中发现，该实验无论进行演示探究还是开展分组操作，均存在以下不足：

1. 实验产生的气体难以验证。由于该反应在敞口的烧杯中进行，很难直接收集到气体并加以验证。故只能将结论直接给学生，这样不利于培养和启发学生的探究能力。

2. 实验的时间难以把握。由于钠属于活泼金属，容易被空气氧化，必须在课堂上现场取出并处理后，方可进行实验，会使整个实验准备的时间较长，浪费了宝贵的教学时间，不利于有效教学。

3. 实验的进程难以控制。由于钠与水直接接触反应剧烈，导致观察时间短。有时反应放出的热量使钠块燃烧，甚至反应生成的氢气和氧气在爆炸极限以内形成爆炸性混合气体，在钠块附近发生爆炸，造成碱液飞溅，稍有不慎，很容易发生事故。为验证钠与水反应产生的气体是否为氢气，并使实验更加安全、清晰且适合学生自主探究，同时强化课堂效率，笔者通过思考并查阅资料，通过多次实验验证，作如下改进。

二、 实验试剂及仪器

1. 实验试剂：金属钠、酚酞溶液、肥皂水、水、煤油。

2. 实验仪器：具支U型管、注射器、直角弯导管、橡皮塞、橡皮管、烧杯、火柴、止水夹、滤纸、小刀、镊子、胶头滴管、酒精灯。

三、 实验装置及构造

实验装置如图所示（略去铁架台及夹持装置）。

四、 实验原理分析

1. 设计原理：

钠是活泼金属，实验前将钠置于煤油中：一是防止钠粒在空气中被氧化，二是便于观察钠粒的表观现象。当注入加了酚酞的水后，由于水的密度（1g·ml-1）比钠（0.97g·cm-3）和煤油（0.78g·ml-1）大，且与煤油互不相溶，所以钠粒浮于水层上面，煤油层下面。钠与水反应产生气体，把钠粒推进到煤油层中，与水层脱离，反应停止，在重力的作用下，钠粒又回落到水层与水反应。这样，钠粒就在煤油层和水层之间不停地来回翻动。反应中可观察到钠粒熔化，并发出嘶嘶的响声，则证明该反应放热，金属钠熔点较低。产物能使酚酞试液变红，则证明反应有碱生成。产生的气体经检验有爆鸣声，则证明反应生成了可燃性气体。

2. 结果分析：

结合实验现象，根据参加反应的物质中所含元素（含有Na、H、O）进行分析，使酚酞试液变红的碱性物质应该是氢氧化钠；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是4%～74.2%），于是该反应可表示为：2Na+2H2O2NaOH+H2↑。从氧化还原反应角度分析，该反应的过程中，钠是强还原剂，被氧化为+1价的钠离子，而水作为氧化剂，部分氢原子被还原为氢气。

五、 实验步骤及现象

1. 实验准备：

（1）按照装置图连接好实验仪器，并检验装置的气密性。（2）往具支U型管中加入切好的钠，并用胶头滴管加入1-2ml煤油浸没钠。U型管左管口用塞有注射器的橡皮塞塞紧（注射器中装有滴了酚酞的水），左支管口的橡皮管用止水夹夹住，右边管口用橡皮塞塞紧，右支管口连接直角弯导管插入肥皂水中。

2. 实验操作及现象：

（1）推动注射器活塞，往U型管中注入加了酚酞的水，水冲击煤油后与钠接触，迅速反应，钠粒熔化成白色小球，在煤油和水之间的夹层中继续反应，酚酞溶液变红色，有大量气体放出，经直角导管进入肥皂水中，观察盛有肥皂水的烧杯，有泡泡产生。（2）用燃着的火柴靠近泡泡，能听到“噗噗”的响声，则证明有氢气生成。

六、 实验设计特色

近年来关于钠与水反应的改进有很多，这些改进各有所长，但也有诸如装置复杂、操作不方便、成功率不高等弊端。笔者认为实验改进必须遵循原理的科学性、用品的易得性、装置的简单性、操作的方便性、过程的安全性和效果的明显性。从实践的效果上来看，该实验的改进具有以下优点：

（一） 本实验装置简单易操作

实验中所需仪器均属于化学实验室中常规仪器，装置小巧大方、仪器的组装和实验操作都很简单，保证了实验的成功率。煤油的运用避免了钠被空气中的氧气氧化，可在课前就把装置药品准备好，节省了宝贵的课堂教学时间，实验时只需推动注射器注入溶液即可。

（二） 本实验现象明显易判断

实验中能直接观察到钠与水反應的整个过程，通过钠粒的熔化，很容易判断反应是放热，且金属钠的熔点低；通过金属在水层和煤油层的行为，很容易判断三者的密度关系。通过肥皂水中泡泡的产生，很容易判断有气体产生；通过点燃泡泡的爆鸣声，很容易判断生成的气体为氢气。

（三） 本实验过程清晰易控制

实验中由于煤油的缓冲作用，使原本剧烈的实验反应趋于平稳，从而避免了因剧烈反应可能产生的诸如燃烧、爆炸等危险，实验过程安全可靠，学生也能有更长的时间观察反应，观察过程更加清晰，提高感性认识，同时也有利于进行自主探究。

（四） 本实验内涵丰富易推广

实验中较大程度融合了钠的物理性质和化学性质的问题。将气体的生成、产物的收集与检验集为一体，既可以作为教师课堂演示实验，又可以作为学生探究实验。同时这一装置，还可以用于NO2、SO2、CO2、O2、NH3等气体的生成和检验。对学生的思维发散和创新精神的培养有积极的作用。

作者简介：

沈显好，江苏省镇江市，江苏省大港中学。