基于“论证”视角的钠与水反应的实验探究

谢清秀

（福建省莆田哲理中学，福建莆田 351100）

引 言

作为一名一线化学教师，笔者在教学中曾多次讲解钠与水的反应，经过总结和反思，在实际教学中发现以下不足：（1）该反应产生气体，如果钠的密度高于水的密度，由于气体的支撑力，钠可能漂浮在水面上，所以通过该实验不能得出钠的密度比水小的结论；（2）迅速游动的钠球用镊子是夹不住的，学生依据该实验不能获得更多有关“熔”的感性认识；（3）钠与水反应释放的热量不易被观察；（4）该实验只能验证氢氧化钠，氢气只能通过氧化还原反应化合价的升降来确定，实验结论缺乏说服力。为了弥补这几方面的不足，笔者设计了在高硼硅分液漏斗里进行实验的新方案，试图从认证的角度对钠与水反应进行进一步探究。

一、实验改进的意图

苏教版《化学1》专题二中安排了钠与水反应的实验（见图1），将一小块钠直接放入水中，然后观察实验现象。实验虽然简单，却存在一定的安全隐患，实验气体的产生不易被肉眼观察到，也没有对产生的气体进行验证[1]。经过查阅文献，很多教师对该实验进行了改进，多数都是从定性角度仪器的改造、实验操作的难易、气体的检验等方面进行，并没有对实验现象进行论证。学生对此内容的学习多为机械记忆，没有更加直观、更加感性的认识。本实验利用密度与水相等的苯和四氯化碳的混合液来证明产生的气体对钠向上的托力不起主要作用，结果表明，钠的密度小于水的密度[2]；再通过两小粒熔化的钠会像水滴一样融在一起来验证反应放出的热使钠熔化了；通过温度计温度上升直观地认识钠与水的放热反应；借助肥皂水来检验产生的气体是氢气。该实验有力地论证了钠与水的反应，让学生真正理解钠与水的反应，并能更好地解释反应的现象及钠的一些性质。

二、钠与水反应的探究实验改进

（一）仪器和药品

仪器：10mL高硼硅分液漏斗、温度计、10mL注射器（3支）、橡皮塞、小刀、滤纸、玻璃管、橡胶管、镊子、小烧杯。

药品和试剂：钠、水、酚酞、苯、四氯化碳、煤油、肥皂水。

（二）实验装置改进（见图2）

图2

（三）操作和现象

（1）按图组装好整套装置，分液漏斗内不加试剂，检测整套装置的气密性。用注射器向分液漏斗内打气，观察到肥皂水中产生气泡，说明装置气密性良好。

（2）取两小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油后置于分液漏斗中，塞上橡胶塞。

（3）用第1 支注射器往分液漏斗中加入密度为1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液，观察到钠浮在液面上，然后将混合液从分液漏斗下端放出。

（4）用第2 支注射器往分液漏斗内注入少量煤油后将橡胶管放入肥皂水中，然后再用第3 支注射器往分液漏斗中加入滴有酚酞的水，观察到两小块钠熔化并融在一起形成一个小球，溶液变红，温度计温度上升，肥皂水中产生大量气泡，点燃气泡，听到轻微的爆鸣声。

对改进实验的补充说明如下。（1）由于分液漏斗容积有限，为了防止反应过于剧烈，钠取绿豆粒般大小即可。本实验选择的分液漏斗是高硼硅加厚材质，作为该实验的反应容器是安全的。（2）为了避免在实验中的两小块钠卡在分液漏斗的活塞口处，影响到实验现象的观察，实验时在活塞口处放一个螺旋状的铜丝。（3）本装置选择数显温度计，在实验过程中可以清楚地读出各个阶段的温度。（4）实验前先配制密度为1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液，配制过程需要比重计测量校正。（5）在实验过程中发现洗手液替代肥皂水，可以避免肥皂水难以形成气泡的情况发生。

（四）具体现象和对现象的解释

（1）金属钠浮在密度为1.0g/cm3的苯和四氯化碳的混合液上，说明反应产生的气体对钠的托力不起主要作用，从而说明钠的密度比水小。

（2）往高硼硅分液漏斗中加入滴有酚酞的水，观察到溶液变红，说明钠与水反应生成碱性的氢氧化钠溶液。

（3）钠与水剧烈反应后，两小块钠熔化并像水滴一样融在一起形成一个钠小球，温度计显示温度升高，说明钠与水的反应是放热反应，反应放出的热使金属钠“熔”成小球。

（4）钠在水面四处游动，肥皂水中产生大量气泡，点燃气泡，听见爆鸣声，说明钠与水反应生成可燃性气体——氢气。

通过本实验，学生不但可以观察到钠与水反应的现象，而且更有力地论证了钠与水的反应，从而更好地解释反应的现象及钠的性质。

三、本装置的创新点

（1）实验中煤油的应用，减缓了化学反应速率，延长了钠与水的反应时间，有利于观察实验现象。

（2）通过点燃肥皂泡的方法来验证氢气，具有操作简便、安全可行和成功率高的优点。

（3）便于学生深度探究，使学生在证据推理的过程中善于质疑、敢于质疑、积极验证。

（4）借助于生活中的小常识——两滴水滴靠近会融在一起形成一个水滴，以培养学生的创新能力，增强学生对实验现象的理解，落实科学探究与创新意识的学科核心素养。

（5）本装置较大程度地融合了钠的物理性质和化学性质，将气体的生成、产物的收集与检验集为一体，还可以推广用于其他气体的生成和检验，对学生的思维发散具有积极的作用。

结 语

化学实验在化学课堂教学中起着举足轻重的作用。化学实验不仅可以提高课堂教学效率，还可以提高学生对知识的吸收程度。本实验用到的金属钠是一种具有代表性的金属。通过钠性质的学习，学生可以掌握元素化合物知识学习的一些方法，又可以进一步类比、迁移到其他金属的性质中。本实验从认证的角度改进钠与水的反应，既没有让学生想当然，也没有让学生死记硬背实验现象，而是在实验中尝试了基于已有理论大胆质疑、勇于创新、积极验证的方法，激发了学生的学习兴趣，同时培养了学生的科学推理、创新和解决问题的能力。