2.1.1钠与水反应实验的创新 教学设计 2022-2023学年高一上学期化学人教版（2019）必修第一册

钠与水反应实验的创新 将钠块投入盛有水的烧杯中，钠与水反应发出嘶嘶声，不可依此现象断定生成了氢气，须收集气体做爆鸣试验或点燃试验。钠与水反应的实验有时会发生爆炸或燃烧，如果在空气氛围的封闭容器中进行实验，就会引发氢气的爆炸，结果不堪设想。因此教材和教师一直在探讨安全可行和成功率高的检验钠与水反的实验方案。 2019版高中化学必修一实验设计是： 这个实验设计没有检验钠与水反应生成氢气的实验方案。 教科书留给教师较大的创造空间，使教师在实践 中充分发挥教学的主动性和创造性。 用排水法收集氢气的方法，简化了加钠块的方法，操作更加简便。 1.实验装置的设计 设计的实验装置如图 3 所示，用铁架台和铁夹固定试管，使试管口边缘浸入水面下 1~2cm 处。 2. 实验操作、现象和结论 将盛满水的试管（50mL）倒置在水槽中，如图 3 所示固定试管。 用坩埚钳夹住一小块钠（约 0.03g~0.04g，使生成氢气的体积约占试管体积的 2/7），将钠块快速送至试管口下面。钠与水反应， 钠块熔化并脱离坩埚钳上浮至试管内水面。待反应完全后取出试管，塞上橡皮塞。待试管中气体充分混合后打开塞子，移近火焰，产生爆鸣声， 证实生成的气体是氢气。 3．点燃法检验钠与水反应生成的氢气 用点燃法来检验钠与水反应生成的氢气，一线教师有深入的研究。 实验装置如图 4 所示。 拨出推棒，取小块钠，将钠捏成棒状（直径略大于推棒的直径）， 插入橡皮塞孔中，再插入推棒。向广口瓶加水至瓶口，再滴加酚酞，塞紧橡皮塞，关闭弹簧夹和活塞开关。下压推棒将钠压入水中，钠与水反应， 溶液变红色，具有透气孔的烧瓶中产生喷泉现象。 反应结束，打开弹簧夹和活塞开关，点燃气体。 实验操作简便，现象生动，设计新颖，趣味性强，但做这样一套精致的实验装置耗时不少， 还要多次练习实验操作，才能较好地完成实验的 展示。 以下排水法收集气体的方法，简化了加钠块的方法，设计了操作简便的实验方案。 2.1 实验装置的设计 设计的实验装置如图 5 所示。 取 200~300mL 透明的塑料瓶，剪去底部。在橡皮塞中打一小孔， 插入玻璃管，再接橡皮管（夹上弹簧夹）和注射针（剪去尖端部位）。用铁架台和铁夹固定塑料瓶，使塑料瓶下边缘浸入水面下 2~3cm 处。 （注： 在玻璃管下端口塞进小口径的塑料管，这样在关 闭弹簧夹情况下，若装置浸没在水中水也不会进入玻璃管中，以便在实验时打开弹簧夹氢气能顺畅放出。） 2.2 实验操作、现象和结论 关闭弹簧夹，将塑料瓶侧卧并浸没在水中， 排出塑料瓶中空气，如图 5 所示固定塑料瓶。 用坩埚钳夹住一小块钠，将钠块快速送至塑料瓶口下面。钠与水反应，钠块熔化并脱离坩埚钳上浮至塑料内水面。待反应完全后将塑料瓶下移（尽可能没入水中）固定。打开弹簧夹，点燃气体， 气体燃烧，证实生成的气体是氢气。 2.3 须注意的事项 有研究者对钠与水反应做了如下试验：“当水温为 23℃~27℃时，向盛有 250mL水的 500mL 烧杯中，投入金属钠 0.25g 三次，一次爆炸，0.20g 五次，一次爆炸…”，由此得出结论：“室温下， 在烧杯中做钠与水反应的实验，钠的安全用量 （不发生爆炸）在 0.07g 以下” 。 用新设计的实验装置，取用 0.20g~0.50g 钠块进行了多次实验。当钠块粘附在塑料瓶内壁上，再摇动塑料瓶使钠块与水反应，偶尔也会发生爆炸。钠与水反应总有潜在爆炸的可能性，因此实验须注意如 下事项。 （1）熔化的钠块有时会粘附在塑料瓶的内壁上，致使较薄的瓶壁破裂，因此宜选用耐温壁厚的塑料热水瓶或塑料奶瓶等（耐温在 120℃以 上），不可选用普通的矿泉水瓶。 （2）为降低熔化的钠块粘附在塑料瓶内壁上的几率，可在塑料瓶的内壁表面预先涂上一层薄的食用植物油。 （3）为确保实验安全，应取用干净的钠块， 每次投入钠块的质量在 0.10g~0.20g 为宜。 3． 实验设计的思考 3.1 安全性分析 新设计的 2 个实验都是在“半封闭”的反应容器中进行，钠都是在纯氢气氛围中与水发生反应，即使钠与水反应发生轻微的爆炸不会引发氢气爆炸，因此相对安全。 3.2 可行性分析 实验测试，用坩埚钳夹住一小块钠，将钠块 浸没在水中，需0.5~1s时间钠块熔化脱离坩埚钳。 0.5~1s 时间足够将钠块在水中移动 20cm，因此用坩埚钳夹住钠块，将钠块送至试管口或塑料瓶口下面的操作是完全可行的。 3.3 成功率分析 新设计的爆鸣法实验方案，易于控制氢气的体积占试管总体积的 2/7，使爆鸣声最响；点燃法实验方案，可多次添加钠块，产生足够量的氢气，延长氢气燃烧时间，因此实验成功率均很高。 新设计的爆鸣法和燃烧法检验钠与水反应生成氢气的实验方案具有安全可行、装置简单、 操作简便和成功