钠与水反应的各种实验方案比较研究，本文主要内容关键词为：方案论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
钠与水反应的实验是高中化学必修内容中的一个重要实验，人教版教材介绍了如下两种方案。
一、教材中的两种方案
方案1：切一块绿豆大小的钠，用铝箔（事先用针刺一些小孔）包好，再用镊子夹住，放在试管口下，用排水法收集气体，等试管中的气体收集满时，小心地取出试管，把试管向下移近酒精灯火焰，检验钠与水反应生成的气体。如图1所示。
该方案的不足之处：一是金属钠的量较难控制，量少则收集的氢气不满一试管，量多则有危险。二是因为排水法收集的气体较纯，所以在检验氢气时往往声音太小，演示时学生很难听见，不可能给他们留下深刻印象。三是在用排水法收集气体时，氢氧化钠溶液会腐蚀手。
方案2：在一个空塑料瓶里加入约3/4体积的水，用手挤压瓶子，使水面上升至接近瓶口，排走瓶中的大部分空气。在胶塞上固定一枚大头针，用针扎起一块黄豆粒大小的金属钠，迅速用胶塞塞住挤瘪的瓶口，倒置（图2）。待反应完全后，反应产生的气体使挤瘪的瓶子复原，取下塞子，迅速用拇指堵住瓶口并将瓶口移近火焰，检验钠与水反应所生成的气体。
该方案的不足之处：一是因为钠熔成小球后易脱离大头针而浮出水面，熔成的钠球易烧透塑料壁而发生危险。二是钠很容易黏在大头针上。三是“水面上升至近瓶口”这个操作需要试几次才能留出适当的空间，空间留少了，钠与水反应放出的氢气可能会把瓶塞冲开。四是如果里面残留了空气，则更可能在瓶内发生爆炸。
针对以上不足，不少教师对其进行了改进。
二、不同的改进方案
改进方案1：在如图3所示的两通玻璃管里装满水，用铁架台固定好。切一块比绿豆略小的钠，吸干煤油后投入玻璃管的水中，塞好橡皮塞。用水槽接住从导管口排出的水，待反应结束后，点燃火柴，接近玻璃管口，打开橡皮塞，检验产生的气体。
该方案的不足之处：一是加入钠就会反应，塞橡皮塞时钠容易黏在上面。二是钠与水反应很剧烈，加入钠后其很容易从装满水的玻璃管内迸溅出来，烧伤皮肤或有其他危险。三是因为玻璃管口太大，加上空气的引入，所以检验时很难点燃氢气。
改进方案2：向平底烧瓶内注入适量的蒸馏水，加入几滴酚酞试液。把一小块钠（用滤纸把煤油吸干）投入烧瓶内并塞入单孔塞，既可观察到钠在水中剧烈反应的现象，又可看到气球逐渐鼓起来，收集到气体。用止水夹夹住气球颈，取下塞子，在打开止水夹的同时点燃导管的尖嘴处，从而检验气球里收集到的是不是氢气（图4）。
该方案的不足之处：气球点燃时因为混入了空气，所以很容易发生爆炸。
改进方案3：用镊子将金属钠固定在大头针上（金属钠取绿豆大为宜），并穿插于橡皮塞下方，让金属钠接近橡皮塞，从简易漏斗中注入滴有酚酞指示剂的水，打开尖嘴管与短玻璃管相连处的弹簧夹，调节漏斗的高度，在水与钠接触的瞬间，迅速关闭弹簧夹，钠与水立即反应，注射器针筒内的液面下降，漏斗的液面缓慢上升。当钠完全消失反应完全时，打开弹簧夹，在尖嘴导管处即可点燃产生的气体（图5）。
该方案的不足之处：一是调节漏斗的高度与关闭止水夹在铁架台的两侧，不易配合操作。二是钠接触到水时容易黏在大头针上下不来。三是因为空气的密度比氢气大，大头针周围的空气很难排净，所以气球点燃时很容易发生爆炸，笔者用该方法演示时曾多次爆炸。
改进方案4：在塑料瓶中注入蒸馏水至水面与橡胶塞下端相切。取一小块钠，将其插在大头针上，在注射器中吸入1～2 mL酚酞。实验时，把止水夹打开，把插有钠和注射器的橡皮塞迅速插入瓶口，并塞紧。钠与水剧烈反应，塑料瓶中的水沿导管流入量筒。等反应完毕后，将注射器中的酚酞推入塑料瓶，溶液变红。更换50 mL注射器，抽取瓶内的气体。抽气后将注射器移近火焰，匀速推出气体，针头处立即燃起细长的火焰（图6）。
该方案的不足之处：一是钠接触到水时容易黏在大头针上下不来。二是更换注射器会混入空气。三是点燃时针头内混入的空气有时也会引起爆炸。
改进方案5：往烧瓶中加入约占体积为一半的煤油，并放入一小块钠（约1/2豌豆大），再往分液漏斗中加入一定体积的水，并滴加2~3滴酚酞试剂，调节漏斗高度，使漏斗颈末端恰好接触到烧瓶中的煤油液面。打开止水夹和分液漏斗活塞，使水迅速进入烧瓶，并使水和煤油混合物恰好充满整个烧瓶，立即关闭止水夹。此时可看到钠介于煤油和水交界处，与水开始反应，烧瓶中的液面下降，漏斗中的液面上升，直至漏斗颈下端脱离液面为止。此时钠与水仍然反应。关闭分液漏斗活塞，同时打开止水夹，点燃气体，可观察到气体安静燃烧。打开装置，对分液漏斗中的煤油和水进行分液，把煤油放置于另一烧杯中备用（图7）。
该方案的不足之处：煤油的存在影响钠与水反应的观察效果，且氢气中混有煤油蒸汽，点燃时火焰颜色发黄。
三、一种新的改进方案
通过以上分析可以看出，上述实验都不易控制反应的速率，并且都存在一定的不安全因素。而实验改进只是针对某些不足而设计的，在避免了某一方面的不足之后，又产生了新的问题。通过研究，笔者巧妙运用套管实验进行改进，取得了较好的实验效果。现阐述如下，供各位同仁批评指正。
1.实验装置
改进后的实验装置如图8所示。
2.操作步骤
（1）在左侧干燥的具支试管中装入乙醇或水，在右侧具支试管内放入两小块已擦干表面煤油的金属钠，具支试管部分通过带有止水夹的橡胶管相连。将一支内置有5g左右大理石的小试管（带有双孔塞，其中连接的导气管可使小试管中产生的气体逸入大试管中）与一只连有单孔塞的分液漏斗相连，并将小试管放置在左侧大试管中，从而组成一个套管装置，分液漏斗中装有稀盐酸，两支大试管上方通过玻璃导管再次相连接。至此，装置连接完毕，密封性好。
（2）实验时先打开分液漏斗的活塞和连接大试管的止水夹，使适量稀盐酸滴入到装有大理石的小试管中，反应立即产生大量的二氧化碳，当用带火星的木条在右侧试管尖嘴导管处检测时，如果木条熄灭，则表明装置内的空气已被排尽，关闭止水夹。
（3）继续产生的二氧化碳气体，将压着左侧大试管内的乙醇或水沿着上方的长玻璃导管进入右侧大试管，此时可关闭分液漏斗，反应继续产生的二氧化碳会把大量的乙醇或水排入到右侧试管，从而使钠与乙醇或水顺利反应，此时可在尖嘴导管口直接点燃，以验证氢气的产生。
3.改进优点
（1）实验原理创新。整个实验将乙醇或水与钠适当隔离，排空后又让二者反应，充分利用了气压原理。在钠与水反应的演示实验中，右侧试管中的二氧化碳会与生成的NaOH反应，根据方程式：
，可推知每消耗1mol
恰好生成1mol氢气，因此，右侧的气体总量不变，外界的氧气不会进入，充分保证了氢气点燃的安全性。
（2）实验安全可靠。在反应前通入二氧化碳排除装置中的空气，以防止氢气点燃时发生爆炸。
（3）实验现象明显。无论是排空还是氢气的验证，实验操作简便，现象明显，成功率高。
4.注意事项。
（1）金属钠上的煤油要擦拭干净，否则会影响反应速率，最好用小刀将金属钠外层切去。
（2）钠块不宜放太少，以防止产生的氢气太少；二氧化碳不能太多，以免验证不出氢气的产生。
（3）5 g大理石大约可以制取1.12 L二氧化碳，足够该实验使用，大理石不宜放得太多，以免浪费。
（4）当二氧化碳验满后才能关闭止水夹，待乙醇或水开始流向右侧试管时要关闭分液漏斗，以防止过多的二氧化碳把左侧试管内的液体排净。
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