乙醇与钠反应的新装置及教学实践

林晓霞

摘要： 利用注射器和输液器制作了一个成本低、实用性强的乙醇与钠反应的新装置，克服了传统教材实验的不足，具有试剂用量少、现象明显、结果准确、实验可分步操作且可暂停等特点。改进后的实验操作简便、环保安全，既可作为课堂演示实验，也可作为学生的自主性实验。

关键词： 乙醇与钠反应; 一体化实验; 实验装置改进; 实验探究

文章编号： 10056629（2022）09007203

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

“乙醇与钠反应”实验是现行高中化学必修教材中的一个重要的学生必做实验[1]。该实验旨在通过检验乙醇与钠反应的产物为氢气，证明乙醇中含有羟基，帮助学生认识有机化合物的官能团概念，建立有机化合物中“官能团决定其化学性质”的学科思想。

在实际教学中，教材实验存在以下不足： （1）实验药品用量大，火焰小，现象不明显。（2）产物检验容易受乙醇蒸气的干扰。（3）实验进程很快，有排气、收集、验纯、点燃等步骤，操作不易把控。若氢气点燃早了，不纯易爆炸;点燃晚了，氢气量不足，点不着，实验容易失败。

查阅文献发现，已有不少研究者对实验装置和方法进行了改进。通过重复试验，笔者发现：

（1）大部分改进装置省略了验纯，不利于引导学生学会正确的气体点燃方法;（2）对于“反应进程过快，操作过于频繁，没有留给学生思考时间”的问题缺乏相关研究;（3）未有将该实验由教师演示实验改为学生自主实验，充分发挥实验培育素养功能的尝试[2]。

因此，为改进教材实验的不足并尝试将实验改进为学生自主实验，笔者用注射器和輸液器等设计了一套一体化实验装置，应用于乙醇与钠反应的实验教学。

2 实验方案

2.1 实验材料和药品

实验仪器： 注射器4个（100mL 1个，10mL 2个，5mL 1个）、医用输液器（止水夹4个，T型管3个，针头1个，滴斗1个，输液管若干）、干冷小烧杯、镊子

实验药品： 滤纸、米粒大小的金属钠、2mL无水乙醇、无水氯化钙、澄清石灰水、肥皂水

2.2 实验装置

实验装置见图1。

2.3 实验步骤及现象

2.3.1 检验气密性

关闭1、 2止水夹，打开3止水夹。往验纯装置中加入肥皂水，液体进入注射器，但无法进入导管。一段时间后，肥皂水下方输液管中液面未下移，则说明气密性良好。

2.3.2 加反应试剂

往反应装置中加入米粒大小的钠，在加液装置中加入2mL无水乙醇，除杂装置滴斗内放入无水氯化钙（吸收气体中的乙醇蒸气[3]）。

2.3.3 乙醇与钠反应

关闭2、 3止水夹，打开1止水夹。抽动反应装置活塞，将无水乙醇吸入反应装置中与钠反应，关闭1止水夹。

现象： 反应器中钠在乙醇中先沉后浮，有气泡冒出，气体收集装置活塞右移。

2.3.4 验纯

气体收集装置活塞停止右移后，打开3止水夹。推动气体收集装置活塞，将少量气体推入肥皂水中，肥皂水中产生泡沫，用带火苗的木条靠近，点燃肥皂泡。

现象： 肥皂泡被点燃，发出“噗”的声音。

2.3.5 检验

关闭3止水夹，打开2止水夹。将气体收集装置中的气体匀速推入检验装置中，点燃针头处气体，将干冷的小烧杯罩在火焰上，待烧杯壁上出现液滴后，迅速倒转烧杯，向其中加入澄清石灰水，观察现象。

现象： 针头处气体被点燃，有火焰产生，火焰大小可通过活塞推入气体速度进行调节。烧杯内壁有液滴生成，倒转烧杯加入澄清石灰水后，无明显现象。

2.3.6 重复步骤4和5

若气体收集装置中仍有剩余气体，可换下一位学生重复步骤4验纯和步骤5检验。

3 实验教学片段摘录

3.1 环节一： 问答互动，初探实验

[师]通过前面的分析，我们已经知道可利用什么反应来探究乙醇的结构。

[生]可以利用乙醇与钠反应，如果像水和钠反应一样生成了氢气的话，就可以说明乙醇中含有像水一样的O—H键。

[师]同学们看到各组的实验装置，这个装置是由注射器和输液器组成，我们提前在反应装置中放入两粒米粒大小的钠，加液装置中加入2mL无水乙醇。请同学们分组完成实验，首先打开1号止水夹，拉动反应装置活塞，将乙醇吸入钠中进行反应，观察实验现象。

[生]钠在乙醇中先沉后浮，有气泡冒出，气体收集装置活塞右移。

[师]钠先沉后浮的原因？

[生]先沉是因为钠的密度大于乙醇，后浮是因为随着反应进行钠质量减小，被气体托起。

[师]对比与水反应，钠与乙醇反应剧烈程度如何？

[生]较小。

[师]通过这个实验我们能够证明乙醇能与钠反应生成氢气，含有O—H键吗？

3.2 环节二： 分析现象，再探实验

[生]不能。只能说明反应产生了气体，但不一定是氢气。从元素组成上，还有可能是CO或者是CH4。

[师]怎么证明是H2呢？

[生]检验气体燃烧产物！如果是氢气，会有水雾但不能使澄清石灰水变浑浊。

[师]气体中有没有干扰物质？

[生]有，乙醇蒸气！因为乙醇易挥发，沸点低。

[师]是的，水雾可能是冷凝下来的乙醇蒸气，也可能是乙醇燃烧产生的水雾。为了除去气体中的乙醇蒸气，我们在除杂装置的滴斗中放入了无水氯化钙进行吸收。

[师]分析完了，我们可以直接点燃气体检验了吗？

[生]不可以，点燃可燃性气体前应该先验纯。

[师]是的，请同学们看到左边的验纯装置。请一位同学打开止水夹3，推动气体收集装置活塞，将少量气体推入肥皂水中，产生肥皂泡。请另一位同学用带火苗的木条靠近，点燃肥皂泡，观察现象。如果是纯净的，则关闭止水夹3，打开止水夹2。请一名同学将气体收集装置中的气体匀速推入检验装置的针头中，再请另一名同学点燃针头处气体，火焰大小可通过改变活塞推入气体速度进行调节。再将干冷小烧杯罩在火焰上，待烧杯壁上出现液滴后，迅速倒转烧杯，向其中加入澄清石灰水，观察现象。

3.3 环节三——总结现象，得出结论

[生]我们小组点燃肥皂泡，发出“噗”的声音，说明气体比较纯净，可以点燃。

点燃针头处的气体后，罩在上方的干冷烧杯中有水雾，说明气体有氢元素。加入澄清石灰水没有明显现象，说明气体中没有碳元素。综上所述，可以证明这个气体是氢气！

[师]证明了……

[生]乙醇与钠反应生成了氢气，乙醇与水一样含有O—H键！

4 实验改进的优点

4.1 简便——手推活塞控气流，火苗易观察

解决了传统实验中因气体点燃需在收集及验纯之后氢气气流变小，点燃后火焰小，实验现象不明显等不足。通过调节推动收集装置活塞的力度大小来控制气流，增大火苗，放大现象，使学生对实验有更直观的视觉感知，不仅印象深刻，更有利于学生的记忆和兴趣培养。

4.2 环保——实验试剂用量少，环保又安全

改进实验药品用量少，将钠的用量减小至米粒大小，无水乙醇从8mL减少至2mL，保证现象明显的同时，提高了安全性，且有益于环保，可以作为学生分组实验自主进行。

4.3 准确——产物检验先除杂，得出结论无疑议

通过除杂，避免了传统实验中检验H2时乙醇蒸气的干扰，提高了实验结果的准确性，提升了学生的学习成就感。在产物检验中引导学生对产物中杂质的分析与除去方法的选择，有利于培养学生思维的严密性，促进“科学探究与创新意识”素养的培养。

4.4 适合引导思考——分步实验可暂停，留足时间思考

利用创新装置中装置分区的特点，加以止水夹，使得乙醇与钠的反应、验纯、检验等彼此独立，分步进行，解决了传统实验中实验进程太快操作过于频繁，学生难以兼顾，缺乏思考时间的问题。在反应开始后，将气体自动收集到注射器中，无需担心操作时机把握不准，致使气体不纯或气流过小不利于点燃。并且可以利用收集气体的时间引导学生认真观察现象细节，分析推导乙醇的密度、氢气活泼性等重要信息。在收集后无需着急点燃检验，教师可创设层层递进的问题情境，引导学生一步一步深入分析，讨论实验，预测现象，再进行实验验证，得出结论，培养学生逐步设计实验解决问题的能力。在思考中充分发挥实验的育人功能，培养学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等核心素养。

4.5 材料便宜易得——制备、收集、验纯、检验一体化，材料易得成本低

一体化的实验装置，操作简单，重复性好。实验装置总成本低，即使是实验器材较为匮乏的农村地区也能方便制作使用，不需要专门订制仪器，也不易损耗，具有一定的推广性。

参考文献：

[1]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心. 普通高中教科书·化学（必修第二册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2020： 77～78.

[2]黄祝军. 三种優化乙醇与金属钠反应的实验方案[J]. 化学教与学， 2018， （8）： 96～97.

[3]吴国锋. 乙醇与金属钠反应实验的改进[J]. 化学教学， 2011， （3）： 41.