金属钠燃烧实验的显性化改进

王海丽++王世存

1改进缘由

日前，笔者参加了一节高中化学“金属的化学性质”公开课，教师在课堂上给学生讲解钠时，演示了钠在空气中燃烧的实验。当教师问学生实验现象时，大部分回答的学生说看到石棉网上有黑色物质生成，几乎看不到淡黄色的Na2O2，严重影响实验教学效果。《普通高中化学课程标准》中，“以实验为基础是化学学科的重要特征之一，化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用，其中提到化学教学中要重视通过典型的化学实验事实帮助学生认识物质及其变化的本质和规律来发挥实验功能”。这引发了课题组对该实验显性化改进的动机。经过查阅资料分析得出，黑色物质的来源主要有以下5种。

（1）石棉网加热会起到干扰作用。

（2）钠表面附着少许煤油，煤油的不完全燃烧生成的碳。

（3）空气中的二氧化碳和金属钠反应生成碳。

（4）酒精灯中的酒精不完全燃烧。

（5）金属钠中有杂质，杂质可能参与反应。

2改进方法

那么怎样才能让“钠在空气中燃烧”这演示实验的现象准确地展现在学生面前呢？由于教师的演示实验反应在敞开的体系中进行，不方便控制反应且反应速度太快，所以课题组主要进行了以下实验改进。

（1）改进实验选择制取氧气

首先空气中氧气的浓度难以改变，如果按照教材实验反应在坩埚中进行，不好控制反应速率，实验过程冒白烟，不符合绿色化学的思想，而且课题组查资料发现钠的燃烧产物与氧气的浓度有很大的关系，所以想到在本实验的开始去制取氧气。首先排除了用高锰酸钾制氧气，因为制取等质量的氧气所需的高锰酸钾质量比较多，原料利用率低，而且需要加热，消耗热能。本实验采用双氧水和二氧化锰固液反应制取氧气，不仅不需要加热，操作简单安全，而且可以随时控制反应的发生。

（2）改进实验选取透明玻璃管

选择透明玻璃管，而不是用石棉网或坩埚，因为石棉网会干扰实验现象，坩埚壁不透明遮盖住了钠加热熔成光亮的白色小球及其燃烧现象，不易让学生观察到金属钠从熔化到燃烧的具体变化过程。

（3）改进实验选取凹形玻璃片

凹形玻璃片用于盛放金属钠，以防钠在熔融时温度过高使玻璃管炸裂。

（4）改进实验选择钠燃烧结束之后，继续加热

因为刚开始加热，煤油挥发会带走玻璃管内一部分氧气，导致玻璃管内氧气浓度明显偏低，钠很难燃烧，所以等加热一定时间后，课题组选择再继续通入一段时间的氧气，实验中就不会出现残留的煤油因不完全燃烧生成的碳带来的干扰，也就是消除了黑色物质对实验的直接干扰。

（5）改进实验选择玻璃管的尾部用橡皮绳扎一个气球。

目的是收集反应中生成的白烟，贯彻绿色化学的思想。

3改进设计

改进目的：让钠在空气中最终燃烧生成淡黄色的固体。

改进原理：增大氧气浓度，杜绝二氧化碳和钠接触。

实验仪器：铁架台、酒精灯、分液漏斗、圆底烧瓶、单孔塞、导管、凹形玻璃片、透明玻璃管、气球、橡皮绳、滤纸、镊子、药匙、洗气瓶等。

实验药品：双氧水、二氧化锰、浓硫酸、绿豆大小的钠等。

改进实验装置如图1所示。

实验过程如下。

（1）检查装置气密性。

（2）先用药匙把二氧化锰放入锥形瓶底部，过氧化氢溶液加入分液漏斗中。

（3）用镊子取1块绿豆大小的金属钠，钠块应该用滤纸吸干表面煤油，并用小刀切除表面氧化膜。再用镊子夹住放入透明玻璃管的凹形玻璃片上。

（4）打开分液漏斗旋塞，将过氧化氢加入二氧化锰中产生氧气持续通氧气一段时间。

（5）用酒精灯给透明玻璃管加热，当钠熔成小球并开始剧烈燃烧时停止加热。

（6）再次打开分液漏斗旋塞，继续通入一段时间的氧气。

（7）实验结束，清洗仪器。

实验现象：钠熔成小球，剧烈燃烧，透明的玻璃管出现淡黄色的固体，没有黑色物质生成。

4改进优点

操作简单，提高实验技能，淡黄色的Na2O2实验现象非常明显，同时在实验过程中贯彻绿色化学思想，让学生体会用自己学过的知识来改进课本实验，不仅仅在知识技能、过程与方法方面得到提升，而且在情感态度价值观方面受到了感染。

5注意事项

（1）舍弃原来实验用的石棉网，避免影响产物的观察效果。

（2）钠燃烧之后需要继续通入一段时间的氧气，消除了残留的煤油因不完全燃烧生成的碳带来的干扰，也就是消除了黑色物质的干扰。

（3）应用透明玻璃管的凹形玻璃片，阻止局部温度过高导致玻璃管炸裂的可能性。

6总结

通过此实验的改进，可以使教师明白演示实验的实验现象必须准确无误地呈现在学生面前，才能达到实验带来的教学效果。而且通过课题组的讨论，发现此实验完全可以作为一个学生的科学探究实验，让学生自己提出实验中出现黑色物质的可能性，学生分组讨论设计实验方案做实验进行验证，最后得出结论比教师做演示实验的效果要更好，而且能达到《普通高中化学课程标准》的“让学生进一步体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识，形成严谨求实额科学态度”的要求。