【变剧烈为平缓】钠与水反应实验的再设计

关于钠与水反应的实验改进，使用矿泉水瓶、三角漏斗及煤油等进行设计，可以观察到氢气的燃烧，现象明显。

先将50 mL左右的煤油倒入矿泉水瓶中，再加入3块边长为0.5 cm左右的立方体钠块，装上三角漏斗，再往漏斗中加满滴有酚酞溶液的蒸馏水。

关闭活塞，产生的气体可以将液体压到三角漏斗。打开活塞，点燃气体，产生的气体可以燃烧，如图1所示。

图1 钠与水反应的实验装置

以上改进存在的瑕疵就是煤油的存在，由于钠与水反应所放出的热量可以使部分煤油挥发，导致煤油蒸气混进氢气中一起燃烧。如果不使用煤油，如何控制反应得到氢气气流并进行燃烧呢？

钠块表面的处理

煤油在以上设计中的作用相当于减少钠与水接触的面积和时间，使反应趋于平缓。因此，再设计的方向即如何减少钠与水的接触面积，以控制反应进行的速率。

在人教版教材中，使用铝箔将钠块包住，再扎1小孔，就可以收集到氢气，其原理就是减少接触面积。但用铝箔包钠块存在2点不足之处：

（1）氢气的生成到底来自铝与碱反应还是钠与水反应，或者2者皆有，无法直观判断；

（2）由于有铝箔包住，反应过程中钠的变化也无法观察。

取代铝箔对钠块进行表面覆盖的物质很多，经过对比，本实验使用502胶水进行处理。该胶水凝固后无色透明，且紧贴钠的表面，钠的形状和颜色清晰可见。

为了提高浸泡效果，本实验将502胶水注入一端密封的奶茶吸管中，每注入1 mL左右放入1块黄豆大的钠块，浸泡一段时间后，用镊子将钠块取出放在滤纸上，钠块表面的502胶水很快凝固。将处理后的钠块投入蒸馏水中，钠块安静地浮在液面上。

在502胶水处理过的钠块表面用大头针刺1小孔，投入蒸馏水中，钠与水平稳反应，有整串气泡冒出，反应结束后，剩下502胶水凝固后的空壳。

仪器的选择

502胶水处理后的钠块与水反应产生氢气，属于固体与液体制备难溶性气体的反应，可以选择固体与多种液体连续反应制气的装置进行演示（图2）。

图2 固体与多种液体连续反应制气装置

在以上仪器中，改装后的恒压漏斗作为钠与水反应的发生装置和氢气的集气装置，502胶水处理后的钠块放在其中。三角漏斗用于注入液体和盛接液体，大烧杯中放肥皂水，用于产生氢气气泡，通过气泡燃烧证明氢气的可燃性。

操作步骤及现象

（1）检验钠表面的处理效果

将已用502胶水处理过的钠块逐个放入水中，检验其表面是否完全密封。若不与水反应，用滤纸将其表面水分擦干，再刺孔待用。

（2）检验装置的气密性

按图2将仪器安装好后，关闭玻璃活塞1，2，往三角漏斗中加一定量水，若三角漏斗内外存在液面高度差且不变，说明气密性良好。

（3）钠与水反应

关闭玻璃活塞1，打开玻璃活塞2，往改装的恒压漏斗中放入3块502胶水处理后的黄豆粒大的钠块（刺有小孔），装上三角漏斗。往三角漏斗中注入溶解有酚酞的蒸馏水至充满发生装置。此时，钠表面有气泡冒出，溶液慢慢变红，产生的气体将液体压到三角漏斗中（图3）。

（4）氢气的检验

钠与水反应的无色气体能将液体压到三角漏斗中，说明该气体具有难溶性。打开玻璃活塞2，三角漏斗中液面下降，将产生的气体压入肥皂水中形成气泡，用燃烧着的木条靠近，气泡燃烧起来（图4），伴有爆鸣声，说明该气体具有可燃性。通过以上难溶性、可燃性检验，证明该气体是氢气。

图3 气体难溶性检验

图4 气体可燃性检验

引用本文

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.