钠与水反应趣味性演示探究实验的设计

陈晓芹　黄紫洋

摘要：通过分析现有教材中钠与水反应的演示实验，以及梳理和评价文献上报道的该实验几个较有代表性的改进方案，设计一种具有趣味性和探究性的演示实验方案。该方案具有实验现象易于观察、反应速率适中、能验证产物、安全环保等优点，有助于学生加深对钠与水反应实质的认识。

关键词：钠与水反应; 趣味性演示实验; 探究性实验设计; 三颈烧瓶; 喷泉现象

文章编号：1005-6629（2020）07-0069-04

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

钠与水反应的实验是高一化学1的内容。该实验通常作为演示实验，需要满足实验现象易于观察、演示时间不能太快或太慢，实验过程具有科学性、安全、环保等演示要求。笔者通过对教材中钠与水反应演示实验的分析，发现该实验在上述演示要求上存在一些不足，综合梳理与分析部分期刊文献的相关报道后，设计了一种具有趣味性和探究性的演示实验方案，该方案能够满足上述演示要求，有助于学生加深对钠与水反应实质的认识。

1  教材及期刊中的相关实验设计

现行高中苏教版化学教材与高中人教版化学教材

所提供的钠与水反应的演示实验方案相同，即在盛有水的小烧杯中事先滴加几滴酚酞指示剂，将绿豆粒大小的钠块直接投入该烧杯中进行实验[1，2]。笔者发现该实验方法的不足之处是：反应速率太快;没能科学地证明反应生成的气体是H2;钠粒直接投入有水的烧杯中，可能会飞溅，具有安全隐患;反应产生的气体在未检验有无污染的情况下，就在敞开的烧杯中随意排放，不利于培养学生严谨的科学态度与环保意识。

为了将教材中钠与水反应的实验进一步完善，许多教学工作者改进了该实验，目前已见报道的相关实验方案中较有代表性的有如下4种。

方案1：实验装置如图1所示。将带有钠块的移液管吸头放入含有酚酞指示剂和蒸馏水的离心管中，

反应即开始，有肥皂泡产生，用燃着的小木条靠近肥皂泡检验产生的气体，

移开移液管反应便可停止[3]。

方案2：实验装置如图2所示。轻捏胶头滴管使V形凹槽内含有酚酞指示剂的蒸馏水与钠粒接触，反应即开始[4]，

用燃着的小木条靠近肥皂泡检验产生的气体。

方案3：实验装置如图3所示。将剪开底部的矿泉水瓶放入含有酚酞指示剂的蒸馏水的敞口仪器中，接着将带有钠粒的橡皮塞塞入矿泉水瓶的瓶口，使钠粒与实验装置中的溶液接触反应，反应结束后将实验装置靠近酒精灯火焰，斜翻起矿泉水瓶，即可检验产生的气体[5]。

方案4：实验装置如图4所示。关闭装置中的玻璃活塞1，打开玻璃活塞2，反应容器中加入用502胶水处

理后的钠粒，装上三角漏斗，注入含有酚酞指示剂的蒸馏水充满反应容器，反应即开始，控制玻璃活塞2，使气体的流速增大，观察到装有肥皂水的烧杯中产生肥皂泡[6]，

用燃着的小木条靠近肥皂泡检验产生的气体。

这4种改进方案均使用酚酞指示剂检验反应生成的碱性物质，用爆鸣法检验产生的气体。通过对比与分析上述实验方案，梳理并得出各个实验方案所存在的优缺点，如表1所示。

分析上表可知，教材提供的钠与水反应实验方案存在反应速率太快、未检验产生的气体便得出实验结论、科学性欠佳、装置完全敞口存在安全隐患且不够环保等弊端。

改进后的实验方案中，方案3反应速率太快，演示时间不易把控，方案1、方案2、方案4能够较好地把控演示时间;

方案1～方案4对产生的物质都进行了检验，使实验结论遵循客观事实具有科学性;4个改进方案都不是完全敞口的，避免了液体飞溅，

方案1、方案2、方案4的安全性較好，而方案3产生的气体在未验纯的情况下，直接靠近酒精灯火焰检验，安全性一般;

方案1、方案2、方案3具有环保性，但由于实验装置小，现象不易观察，因此不太适合作为课堂演示实验;方案4基本满足演示实验的要求，缺点是实验装置的环保性一般、趣味性稍显不足。

2  钠与水反应趣味性演示探究实验的设计

基于对上述实验方案的分析，笔者取其精华，如借鉴方案4中利用502胶水处理钠块以减缓反应速率的方法、参考方案3中旧物利用的环保行为以及方案1中移液管吸头尖端出现肥皂泡的趣味现象进行实验设计;并补其不足，使该实验既满足实验现象易于观察、反应速率适中、能对产物进行验证、安全环保等演示要求，又具有一定的趣味性与探究性。

2.1  实验目的

通过实验探究钠与水发生化学反应的产物，加深学生对钠与水反应原理的认识，培养学生实验探究能力与严谨的科学态度;通过有趣的实验现象，激发学生学习化学的兴趣。

2.2  实验准备与操作

实验原理：2Na+2H2O2NaOH+H2↑

操作步骤：剪去矿泉水瓶瓶底，瓶盖上扎一个小洞，使导管恰好穿过该小洞，如图5所示。组装好实验装置，往三颈烧瓶中加适量蒸馏水，使导管浸没其中，关闭尖嘴管上的活塞，盖上玻璃塞，检查完装置的气密性后，往三颈烧瓶内滴入几滴酚酞指示剂。取绿豆粒大小的钠块若干进行预处理：擦干钠块表面的煤油，用

502胶水包裹住钠块并扎一个小孔，将处理后的若干钠块分别投入水中，观察反应速率，选用反应速率适中的钠块待用。接着，在尖嘴管口上涂肥皂液。

从三颈烧瓶中间的管口投入预处理好的钠块，盖上玻璃塞，反应开始。观察到反应容器内的溶液由无色变为红色，导管内的水面慢慢上升，打开尖嘴管上的活塞，观察到有肥皂泡产生，如图6所示。

关闭尖嘴管上的活塞，用玻璃棒轻轻挑起肥皂泡，使之飘向空中，用燃着的木棒点燃该气泡，听到明显的爆鸣声，通过该现象，引导学生推测出该实验产生的气体为H2。

随着反应进行，反应容器内的压强越来越大，导致容器内的红色碱液从导管一侧压出，观察到“红色喷泉”现象，如图7所示。

通过观察溶液由无色变为红色以及“红色喷泉”现象的产生，引导学生推测出该化学反应产生了碱性物质NaOH，从而得出该反应的化学方程式：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2.3  钠与水反应趣味实验课堂实录

教师：化学告诉我们物质世界是充满变化的，世界上唯一不变的是变化本身，今天老师就给大家展示一个变化，请同学们仔细观看。

（将处理好的钠块投入到三颈烧瓶中）

教师：观察到哪些现象呢？

学生甲：听到嘶嘶的响声，钠块漂浮在水面上，还会四处游动。

学生乙：咦？烧瓶里的溶液怎么变红了？

学生丙：我看到玻璃导管内的液面在慢慢上升。

教师：老师事先在尖嘴管上涂了一点肥皂液，现在打开尖嘴管上的活塞，快看这是什么？

学生：肥皂泡！

教师：（用玻璃棒挑起肥皂泡，用燃着的木棒点燃肥皂泡）大家现在观察到什么现象呢？

学生丙：肥皂泡向上飘起，听到有爆鸣声。

教师：为什么会出现这两个现象呢？

学生：肥皂泡里含有H2，H2密度比空气小，就飘起来了，点燃不纯的H2有爆鸣声。

教师：H2是从哪里来的呢？

学生甲：钠与水反应产生了H2。

教师：很好！通过该实验现象，我们发现钠与水会发生化学反应，并且产生了H2。

（教师板书：Na+H2O——H2↑+__________）

教师：请同学们继续观看烧瓶另一侧的现象。

学生丙：玻璃管内的液面越来越高了。

学生：哇，有“红色喷泉”。

教师：这个“红色喷泉”是什么？提示：老师事先在三颈烧瓶里加了蒸馏水和酚酞指示剂。

学生甲：是钠与水反应后生成了可溶性的碱性物质使酚酞溶液变红。

教师：回答得很好，但这个碱性物质到底是什么呢？观察这个方程式，根据质量守恒定律，元素不会凭空消失或产生，大家试着推测看看钠与水反应生成的碱性物质是什么？

学生：NaOH。

教师：对！因此钠与水反应还生成了NaOH。

教师：现在请同学们拿出草稿纸完成该反应的化学方程式的书写。有哪位同学愿意上来板书，展示出你的答案呢？

学生丁：我来！

（学生板书：2Na+2H2OH2↑+2NaOH）

教师：这就是钠与水反应的实验原理。

2.4  实验中的注意事项

（1） 三颈烧瓶中的水量要适中。若水面超过三个颈部的末端，易导致实验失败;若水量太少则难以产生“红色喷泉”，只能看到碱液被压入玻璃导管的现象。

（2） 钠块的预处理。取绿豆粒大小的钠块，若钠块太大则反应过于激烈，若钠块太小，产生H2量不足，难以观察到实验现象;将钠块用502胶水包裹时，较好的操作方法是：将502胶水倒在小容器内，再将切好的钠块浸入后捞出晾干;将包裹着502胶水的钠块扎小孔时，若小孔数量只有一个，反应不会过于激烈，处理后可事先放入装有水的烧杯中进行试验，确认反应速率不会过快再投入三頸烧瓶中反应。

（3） 需用干燥的镊子夹取钠块。

（4） 生成的NaOH溶液需回收并进行综合处理。

3  结论

本实验设计将肥皂泡的生成和“红色喷泉”产生等趣味实验现象作为探究的启发点，逐步引导学生通过对实验现象的观察与探讨，推断出钠与水反应的产物，从而获得钠与水反应的化学方程式。实验过程具有明显的探究性，能够加深学生对钠与水反应实质的认识，有助于培养学生的化学学科核心素养。该演示实验设计方案比较符合演示要求，可以为高中化学一线教师在进行钠与水反应的课堂演示教学时提供参考与借鉴。

参考文献：

[1]王祖浩主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M]. 南京：江苏凤凰教育出版社， 2009：49.

[2]宋心琦主编. 普通高中课程标准实验教科书·化学1[M]. 北京：人民教育出版社， 2004：41～42.

[3]张凯博. 高中化学中钠与水反应的微型化及绿色化实验改进[J]. 石化技术， 2018， 25（5）：146， 158.

[4]詹晓星， 吴瑞蓝， 郝桂霞等. 钠与水反应的微型化实验改进[J]. 中学化学教学参考， 2017， （8）：46.

[5]徐志宏， 周正祥， 李大成. 钠与水反应实验的新设计[J]. 化学教学， 2016， （9）：51～53.

[6]叶永谦， 张贤金， 吴新建. 钠与水反应实验的再设计及多种教学运用[J]. 化学教育（中英文）， 2018， 39（7）：60～62.