改进钠燃烧试验的实践与思考

改进钠燃烧实验的实践与思考

李尚榜浙江省宁波中学（315100）

摘要本文通过对有关“钠燃烧改进实验”的研究论文的学习，并开展实践操作研究，结合理论分析，找出改进钠燃烧实验的关键因

素，形成实验改进的思路，寻找新的改进突破。

关键词改进实验实践思考

1、教材实验的呈现

20年来浙江省高中化学教材从人教版到苏教版，变化了

三次，但钠燃烧实验设计几乎一成不变，都是在石棉网上用

酒精灯加热观察实验现象（如右图所示），虽然该实验的操作

很简单，但实验效果并不理想，主要存在两个问题：

1.1 过程快

金属钠开始燃烧后，一道白烟冲天而起，反应很快结束，

黄色火焰稍纵即逝，学生很难观察到黄色火焰；

1.2 现象杂

反应后留下的产物不多，且易在石棉网上形成黑色的斑点，掩盖淡黄色固体。

2、实验改进的问题

因此，笔者查阅了关于钠燃烧实验的研究论文十余篇，文中提出了不少改进实验，笔者认真学习了这些改进设计，也根据设计做了大量的比较实验，有两点体会：

2.1 偏重理论指导设计缺乏改进思路分析

实验设计是实验操作的依据，是实施实验的第一步，大部分改进设计非常注重实验的原理分析，强调理论对实验设计的指导，从而找出原实验存在的问题，开展实验改进设计，达到实验改进效果。对于钠燃烧实验，虽然很多的改进都能使实验效果明显，但都缺乏对关键设计的分析，至于为什么这样改？还能怎么改？未能形成实验改进的思路。

2.2 装置复杂操作苛刻忽视课堂演示功能

对于课堂演示实验而言，要求装置简单，操作简便，相比教材实验，有部分改进实验过分追求实验达成的效果，装置多且设计复杂，操作要求又比较高，甚至苛刻，脱离课堂演示实际。笔者曾尝试着去装配其中一套改进装置，费时不少，且操作多次才能完成，基本不具备课堂演示的功能。

3、实验改进的思路

笔者学习了十余篇研究论文后，认真地做了这些改进实验，不禁思考，我该从哪些方面寻求改进呢？总结这些实验的改进特征，比较教材实验的药品与操作，造成实验现象不明显的原因主要有三方面：

3.1 反应原料的问题

实验要求用钠与氧气反应点燃制备过氧化钠，而金属钠在空气中极易被氧化，表面生成氧化钠，实验室的钠保存在煤油中，虽然用滤纸吸附煤油，但并不能保证燃烧的钠是纯钠，另一方面，氧气来源于空气，并非纯氧，另外，选取钠的用量多少以及与氧气接触的表面积大小也可能有关系，所以，反应物不纯可能导致实验现象不明显。

3.2 反应载体的问题

不少研究论文指出，载体对于本实验的改进至关重要，2004年人教版新

课标教材《化学1(必修)》就曾经将石棉网改为坩埚，淡黄色现象就比较明显。几乎所有的实验改进都更换反应的载体，笔者总结有如下四种载体类型：

与石棉材质比较，另外三种材质作载体最大的优点是避免了反应物与火焰的直接接触，避免燃烧生成的二氧化碳与金属钠直接反应：4Na+CO2=2Na2O+C，从而解决了生成的单质碳而出现黑色斑点的问题。因此，石棉网做载体是影响教材实验现象杂乱的重要因素之一。

3.3 反应体系的问题

有几个改进实验的装置很复杂，操作也繁琐，但与教材实验完全敞开式的体系相比，改进实验的反应体系却发生在一个半封闭的体系中，反应所需氧气由外界不断地补给，使反应处于控制的条件下，实践证明，现象确实比较明显，尤其值得注意的是，在间歇性鼓入空气时，金属钠燃烧时有时无，淡黄色现象特别明显。因此，钠燃烧实验的反应体系会对反应过程的现象观察产生影响。

4 实验改进的设计

综上所述，原料、载体、体系三个因素成为改进实验可以寻求的方向，因此，笔者开始从这几方面着手改进钠燃烧实验，作了如下改进：

4.1 原料处理的改进

经过大量的比较实验，原料的处理情况不会对实验现象产生决定性作用，少量的氧化钠和煤油，以及空气中氧气的浓度对实验现象的观察没有多少影响，钠用量大小仅仅也是产物量多少的一种表现。

因此，对于取用的金属钠，用小刀去除大部分氧化膜，用滤纸吸收大部分煤油，并选择黄豆大小的钠，在空气中点燃即可。

4.2 载体选择的改进

根据多篇论文提出的建议，笔者做了大量各种材质载体的验证性实验，结果表明，最好的载体是陶瓷类的蒸发皿，口大，便于观察，淡黄色固体量大明显，保存时间较其他材质要长，金属材质制备得到的白色固

体较多，淡黄色较少，而玻璃材质最大的问题是容易破裂，生

成的淡黄色固体没有上面两种材质明显。

因此，反应的载体应选择蒸发皿等陶瓷材质，将处理好的

钠放入蒸发皿中，用酒精灯加热熔化点燃即可。

4.3 体系形成的改进

鉴于相关论文中反应体系复杂繁琐，且操作要求比较高，显然这样的改进方案不够合理，那么如何设计一个装置简单，操作方便，关键是能够形成半封闭的体系呢？笔者注意到改进实验的半封闭体系主要是通过控制空气的量达到实验效果的，因此，笔者就在蒸发皿这个敞开的体系上方遮盖一个倒扣的漏斗，漏斗下端管口用乳胶头封闭（如上图所示），构成一个封闭的体系，待燃烧开始后，不时将漏斗提上、放下，限制空气进入蒸发皿内，从而达到半封闭的体系。实践证明，这样改进后，实验的演示效果非常好。

5 实验改进的理论分析

为什么笔者的改进实验会获得很好的实验效果呢？其理论依据是什么？笔者查阅了北师大版的无机化学，也参考了相关论文中引用的理论知识，分析如下：

钠的燃烧产物与氧气浓度和反应温度有关，在低温和氧气不足的情况下生成氧化钠。

氧化钠在400℃时也容易分解生成过氧化钠。 2Na 2O Na 2O 2+ 2Na

另外，查资料可知Na 2O 2在460 ℃时熔化并分解。 2Na 2O 2 2Na 2O + O 2

综上分析，要保证钠燃烧的产物是过氧化钠就必须要控制温度在400℃～460℃之间，这是该实验改进的核心方向。

6 实验改进的思考和结论

6.1 笔者对该实验的改进总结如下：

如上图所示装置，蒸发皿里搁放黄豆粒大小的、用滤纸吸干表面煤油的、切去表面氧化层的一块金属钠，加热至熔化，待刚刚燃烧时，在蒸发皿上扣一个比蒸发皿口径稍小的漏斗，并移开酒精灯，适时把漏斗提上、放下以调节进入空气的量，控制钠燃烧的火焰若明若暗，似燃非燃，似熄非熄，待移开漏斗观察不再有火光时，即发现有黑色固体产物，其颜色随着蒸发皿温度的降低，逐渐变成棕色—橙黄色—淡黄色(Na 2O 2)，看上去就珊瑚形状。

400℃

460℃