钠与水反应实验的微型化设计

伍 强

湖北省天门中学(431700)

1 背景

教材实验有以下缺点:第一,反应在水面上进行,钠受热后易与空气中的氧气发生副反应；第二,钠块用量过大易发生爆炸；第三,该设计不能检验氢气。现有改进实验一般是用氢气、煤油等将钠保护起来,避免了副反应的发生,但这类设计的实验装置较为复杂,限制了其推广。还有部分改进实验是在钠表面包裹一层物质,如铝箔、502胶水等,减慢了钠与水反应的速率、提高了实验的安全性,但用铝箔包裹有副反应发生,用502胶水包裹操作较为复杂且胶水溶剂易挥发,有一定毒性。为了克服以上缺点,笔者设计了一套钠与水反应的微型化装置。

2 实验用品

(1)实验室中的常规仪器与试剂:单孔橡皮塞、金属钠、蒸馏水、酚酞溶液。

(2)从生活中较易获得的物品:青霉素小瓶、透明胶带、粗铜丝、牙签、废弃的中性笔芯、保鲜膜、防火胶布、打火机。

3 实验装置图及说明

如图1所示,蒸馏水和洗洁精溶液盛放在2个青霉素小瓶中,2个小瓶用透明胶带固定在一起。将1块绿豆大小的金属钠用保鲜膜包裹好,镶嵌在用粗铜丝绕成的螺旋状圆筒中。粗铜丝的上端插入单孔橡皮塞中。单孔橡皮塞上的弯导管由1根废弃的中性笔芯制成,其插入洗洁精溶液的一端,用防火胶布包裹。

4 实验操作

首先,将1根牙签扎入螺旋状圆筒中,穿透圆筒,从另一端穿出,抽出牙签。然后,向装有蒸馏水的小瓶中滴入1滴酚酞溶液,并将单孔橡皮塞塞入小瓶,此时,导管恰好插入装有洗洁精溶液的小瓶中。可以观察到,酚酞溶液变为红色,可推知反应生成了氢氧化钠。还可观察到,有气泡从圆筒两端冒出,装有洗洁精溶液的小瓶中有气泡堆积,并溢出瓶口,将打火机的出气量调至最小,打火,观察火焰大小,然后将打火机靠近瓶口,打火,观察火焰大小。对比两次火焰大小,可知反应产生的气体为可燃性的氢气。

5 改进的意义

因为钠易燃易爆,现已成为管控药品,购买不易,在学生分组实验中不能选择太大的钠块。本实验采用微型化设计,将钠的用量减为绿豆大小,节约了药品用量。

本实验将钠镶嵌在螺旋状圆筒中,并一直置于水面之下,反应放出的热被水吸收,整个体系的温度不会超过水的沸点,因此,本实验安全性较高，不会发生爆炸。由于钠在水面下反应,避免了与空气中的氧气发生副反应,增强了实验的科学性。

本实验所设计的检验氢气的装置,反应灵敏度较高,即使氢气的量很少,也能检验。而且检验过程中氢气只发生了轻微燃爆,安全性较高。