金属钠实验的几点改进——变演示实验为分组实验.pdf

40新校园2024年第1期-衡科学-金属钠实验的几点改进变演示实验为分组实验高中化学教材中部分实验，有些反应现象不明显，有些不利于学习时进行分组实验，有些存在安全隐患等，但是教师不能因为上述原因，简单将学生必做实验变成演示实验或者视频实验甚至口头实验。因此，教师需对部分学生必做实验进行研究改进，对教材实验改进不是为了改进而改进，而是解决自己教学中遇到的困惑，解决自己学校硬件的不足，使化学实验以更优化的方式呈现，更好地服务于实验教学。一、演示实验与分组实验区别演示实验是由教师进行演示和示范性操作，并引导学生对实验现象进行观察和思考的实验。演示实验通常要求实验操作规范、现象直观明显、实验简易快捷。演示实验所需的器材和药品准备比较快捷，但是实验的主体是教师，不能保证每个学生动手参与；有些实验细节仅仅通过演示实验也无法观察，如反应的气味、颜色变化较快的实验。分组实验又叫学生实验，实验的主体是学生，学生亲自动手进行操作，实验内容可以是验证物质性质的实验，验证已知结论的实验，也可以是物质制备实验，还可以是根据假设、自主探究的化学实验。学生分组实验有利于培养学生的学习主动性，有利于提高学习效率，有利于培养学生化学核心素养。二、金属钠实验改进的背景金属钠是一种典型的金属元素，有较强的还原性，很容易与氧气或者水反应，反应过程有一定的危险性，中学实验室也将钠作为危化品进行管理。涉及钠的实验一般都采用演示实验，较少采用学生分组实验。本文拟通过对教材中的钠的实验进行改进，目的是让钠的实验也能以学生分组实验为主，解决了教学金属钠内容时主要是演示实验为主的教学方法，同时也培养了学生的动手和实践能力，提高了金属钠的实验教学效果。三、金属钠分组实验改进1.金属钠的取用金属钠特别活泼，教材中取用时用小刀切开，只能较短时间观察到有金属光泽的银白色钠，且切开的金属钠的大小也较难把握，增加实验潜在的危险，每次切完的边角需要重新放回试剂瓶，多次实验需要重复取用，比较烦琐且金属钠边角料造成浪费多，后期处理起来也麻烦。改进后的取钠器的制作步骤：将1ml注射器细前端切去；将前端削薄便于插入金属钠；将削薄的取钠器插入金属钠取一段金属钠柱，取用时候直接用小刀切下；将取完钠的取钠器插入橡胶底座上进行密封。该实验改进的优点：取完的金属钠通过透明塑料外壳能较长时间观察到钠的本来颜色；每次取用可以通过刻度线定量取用，避免教材中出现的“取一小块金属钠”“约绿豆粒大小”等模糊描述，可适用于学生分组实验，降低学生实验的潜在危险；每次切完钠仅需及时插入橡胶塞即可，便于（能稳定保存一节课以上时间）下一次取用；通过实验创新改进，可以培养学生动手能力和创新意识。NEW CAMPUS教 学 纵 横412.金属钠燃烧装置的改进按照苏教版教材，是将金属钠直接在石棉网上加热，人教版和鲁科版教材是在坩埚中加热。按照人教版和鲁科版教材实验现象明显，但是实验需要准备的器材较多，相关分组实验较难开展。钠燃烧实验结束后清理麻烦，不利于开展学生实验。按照苏教版教材在石棉网上加热有时观察不到淡黄色固体这一现象，究其原因有：金属钠表面的煤油可能没有洗干净，或者石棉网中的某些物质与钠作用，又或者空气中的二氧化碳与钠反应。总之实验失败可能性不小，在石棉网上燃烧后产生的固体会和石棉烧结在一起不易清理，导致石棉网也基本报废。钠燃烧装置的实验改进：将铝质易拉罐剪下底部,边缘留下少许薄壁便于用坩埚钳夹持，因易拉罐底部较厚，不易烧穿。注意：不可用较薄的易拉罐壁，容易烧穿。该实验改进的优点：工业上制备过氧化钠就是采用钠和去除二氧化碳的空气在铝盘中燃烧制备，培养学生严谨求实态度。铝的导热性较好，金属钠大概5-6秒就能熔化，熔化后2-3秒就能起火，燃烧后留下蓬松的淡黄色固体，比较适合学生实验，实验成功率可达100%。易拉罐底部凹下去，不用担心熔化的钠流出造成烫伤事故。实验结束后便于收集过氧化钠进行后续实验，易拉罐底可以多次使用。3.金属钠和水反应实验改进苏教版和人教版教材都是在小烧杯中进行，鲁科版教材是在培养皿中进行。上述实验现象明显且经典但无法对产物氢气进行检验。钠和水反应实验改进方案：在20ml注射器中加入2mm厚金属钠（通过改进的取钠器切取），将注射器活塞迅速推入注射器压实，插上针头并用针头吸取一定量的蒸馏水，注射器针头插入橡皮中待反应结束后将多余的液体推出。在酒精灯火焰上点燃，轻轻推动活塞保持火焰稳定燃烧。（换干净的针头，可以观察到淡蓝色火焰）该实验改进优点：操作简便，能定性检验钠和水反应的气体产物，加深学生对钠和水反应的理解，实验现象非常直观，学生印象深刻。4.金属钠盐溶液实验改进金属钠和盐溶液（硫酸铜溶液、氯化铁溶液等）的反应，是一线教师经常爱演示的实验，因为实验现象反常，颠覆学生已有认知。金属钠和盐溶液反应大家普遍认为是金属钠和水反应生成碱，碱再与盐溶液发生复分解反应生成氢氧化物沉淀。笔者想到如果避开水，钠能否和盐发生置换反应？教材中列举钠的强还原性，在一定条件下可以将钛、锆、铌等从氯化物中置换出来，但是上述转化需要在熔融状态下进行，课堂演示实验显然难以实现。能不能换一个不含水的溶剂，让钠和盐发生反应？实验改进：将溴化铜溶于丙酮溶液，取一大块钠置于表面皿上，向金属钠切开面上滴加溴化铜的丙酮溶液，可以明显看到金属钠表面有红色物质出现。该实验完成后，当时部分评委专家有一定的质疑，认为丙酮也能和钠反应，实验设计有瑕疵。笔者查询现行的大学教材均没有涉及丙酮和钠的反应，笔者通过做对照实验发现丙酮的确可以和钠反应产生氢气，产生氢气的原因可能是丙酮不纯，含有水分，钠和水反应产生氢气。也有可能是丙酮和烯醇存在转化平衡，钠和醇羟基反应，不断促进了平衡往烯醇方向转化。对照实验表明钠和丙酮虽然反应，但是没有生成红色物质，显然红色物质为钠置换出了溴化铜中的铜。为了进一步说明金属钠表面的红色物质是铜而不是氧化亚铜等红色物质，笔者将上述红色物质溶于水后置于试管中，分别用盐酸、氨水、稀硝酸检验，证明了上述红色物质就是不溶于稀硝酸的铜。限于笔者能力及实验硬件限制，无法找出更好的能溶解金属盐且不和金属钠反应的有机溶剂，笔者希望同行能给出批评和建议，让有机溶剂溶解金属盐和钠置换理论更加完善成熟。（作者单位：江苏省吴江平望中学）