鈉與氧氣加熱反應(yīng)實驗改進

江蘇省昆山震川高級中學(xué)(215300) 沈玉紅

1 問題的提出

鈉與氧氣在加熱條件下反應(yīng)生成過氧化鈉，此實驗的成功與否，將影響學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的深入理解。蘇教版教材中對本實驗的設(shè)計為：“將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，觀察現(xiàn)象?！卑创朔绞竭M行的實驗，通常只能看到石棉網(wǎng)中間一灘黑色的液體，液體周圍有一點白色或不明顯的淡黃色物質(zhì)出現(xiàn)，很難觀察到明顯的淡黃色固體過氧化鈉，而且加熱熔化所需時間較長。針對這些問題，近年來許多教師對此反應(yīng)進行了改進。

1.1 從改變支撐物角度改進

有教師將石棉網(wǎng)改成蒸發(fā)皿進行加熱，可觀察到一段時間后鈉融化成小球，繼而燃燒產(chǎn)生黃色火焰，燃燒后蒸發(fā)皿底部會產(chǎn)生部分淡黃色固體。但由于蒸發(fā)皿為陶瓷材質(zhì)導(dǎo)熱慢，因而熔化所需時間較長；同時由于蒸發(fā)皿不透明，學(xué)生很難觀察到燃燒的整個過程；如果鈉取用量較少的話，黃色火焰也很難從蒸發(fā)皿的上口看到；另外由于鈉燃燒時溫度較高，燃燒后容易使蒸發(fā)皿底部產(chǎn)生裂痕甚至使其破碎。

在此基礎(chǔ)上，有教師嘗試用破碎的坩堝底部來進行鈉的加熱。由于坩堝相對表面皿來說稍薄，因此加熱熔化的時間稍微短一點。破碎的坩堝可以拓寬學(xué)生的一部分視線，使學(xué)生可以看到黃色火焰，但仍很難觀察到燃燒的整個過程，實驗時生成淡黃色固體的成功率也不高，大部分情況會生成白色固體。

有教師在燃燒匙中進行鈉的點燃，雖然實驗時間明顯縮短，但產(chǎn)物中會產(chǎn)生一層黑色的固體，邊緣的固體稍微帶黃色，無法分辨產(chǎn)物。

還有教師將鈉放入硬質(zhì)玻璃管中加熱，加熱一會兒鈉開始燃燒，但沒多久火焰就因為玻璃管中氧氣含量低而熄滅，因而只能看到白色固體。為了增強實驗效果，教師邀請學(xué)生輔助，在硬質(zhì)玻璃管的一端用書本扇風(fēng)，如圖1所示。發(fā)現(xiàn)鈉可持續(xù)燃燒，且燃燒完后產(chǎn)物的淡黃色較為明顯，但這樣操作很不方便，且學(xué)生在扇風(fēng)的過程中會增加白煙的量，從而影響學(xué)生對燃燒過程的觀察。

圖1 硬質(zhì)玻璃管中扇風(fēng)點燃鈉

圖2 鈉與新制氧氣反應(yīng)

1.2 改進實驗中的氧氣來源

有教師對此實驗中的氧氣來源進行改進，直接利用制取的氧氣與鈉反應(yīng)，采用如圖2所示的創(chuàng)新裝置進行實驗。

為盡量避免空氣中其他氣體的干擾，操作時先點燃酒精燈a，對彎頭試管進行加熱，當(dāng)水槽中導(dǎo)管產(chǎn)生大量氣泡時，用帶火星的木條靠近導(dǎo)管口，木條復(fù)燃，則證明裝置中空氣幾乎被排凈。然后再點燃酒精燈b，通過透明玻璃管可以清楚看到整個實驗過程中的現(xiàn)象，且產(chǎn)生的淡黃色固體顏色明顯，5 min都不會變色。但此反應(yīng)裝置比較復(fù)雜，操作過程也較為繁瑣，而且彎頭試管需定做或通過加熱試管來彎曲制作，對于實驗條件有限的學(xué)校來說，不利于推廣使用。

以上的改進方式都不能同時兼顧反應(yīng)時間短、過程易于觀察、現(xiàn)象明顯、產(chǎn)物顏色保持時間長等問題。筆者經(jīng)過不斷嘗試與對比，發(fā)現(xiàn)了一個更為便捷的實驗方法：用鋁箔來做鈉的承載物，在空氣中加熱至鈉熔化，在鈉燃燒后立即撤去酒精燈，可以清楚地看到鈉燃燒過程中淡黃色固體生成的整個過程。此實驗裝置操作簡便，實驗效果明顯，淡黃色產(chǎn)物30 min后仍清晰可見。

2 實驗器材與藥品

10 cm×10 cm的鋁箔、三腳架、酒精燈、鑷子、小刀、火柴、濾紙、保存于煤油中的金屬鈉。

3 實驗裝置與步驟

實驗裝置圖如圖3所示。

圖3 鈉放置于鋁箔上加熱

實驗操作步驟如下：

(1)將鋁箔、三腳架、酒精燈，按圖3所示方式放置好；

(2)用小刀切取綠豆大小的金屬鈉，用濾紙吸干鈉表面的煤油，放置于鋁箔上；

(3)點燃酒精燈，給鈉加熱；

(4)約5 s后，鈉熔化成閃亮的小球；

(5)在鈉開始燃燒后，立刻撤去酒精燈，繼續(xù)觀察鈉的燃燒過程；

(6)燃燒過程中可看見淡黃色固體從邊緣開始往中心生成，且生成的過氧化鈉，以針尖形式樹立于鋁箔上，顏色鮮亮且外形美觀；

(7)30 min后再觀察鋁箔，生成的固體仍為淡黃色。

4 實驗總結(jié)

本實驗創(chuàng)新后有以下優(yōu)點：

(1)實驗裝置所用材料均為實驗室必備物品，易于推廣實施；

(2)由于鋁箔是平面的，便于學(xué)生觀察實驗過程中的所有現(xiàn)象；

(3)由于鋁箔為金屬，導(dǎo)熱性強，使得熔化燃燒的時間大大縮短；

(4)實驗效果明顯，成功率高。

(5)產(chǎn)物淡黃色固體過氧化鈉持續(xù)時間長，便于學(xué)生課后的繼續(xù)觀察與探究。