钠在空气中燃烧实验探究

钠在空气中燃烧实验探究

钠在空气中燃烧要得到明显的淡黄色固体（Na2O2）生成的现象比较难，常出现黑色颗粒夹杂灰白色粉末的异常现象，尤其是按人教版高一教材的装置进行实验。为此笔者对此实验进行了深入探究，以期寻求教材装置难以得到淡黄色的原因并提出该实验在操作上的一些注意点，另外，介绍了一种改进方法，并分析其易于得到淡黄色的原因，现将探究过程记录如下。

1 按人教版高一教材进行钠在空气中燃烧实验

［装置］见图1。

图1

［步骤］切取一块表面用滤纸吸干煤油的黄豆般大小的钠放在石棉网上加热。

［现象］钠首先缩成表面为白色固体的球体（此表面是一层不光滑的无金属光泽的白膜，其成分为氧化钠），再加热时，熔化的银白色钠冲破白色固体的表面，成银白色液态球体，约3秒后，在银白色液态球体表面出现黑色物质，而后开始燃烧，产生黄色火焰，冷却后，在石棉网表面出现淡黄色和黑色相混的固体。

［现象分析］钠氧化过程分2步进行：第一步，在150～200℃温度下氧化成Na2O，然后在350℃温度下Na2O氧化成Na2O2，所以一开始生成的白色固体是Na2O，燃烧时生成的是Na2O2，黑色物质经判断，应为碳单质。

2 对钠在空气中燃烧出现的黑色颗粒及其产生原因的探究

［第1种假设］“是钠表面的煤油未被滤纸吸收干净，煤油中含有碳，黑色是煤油不完全燃烧留下的灰烬”。

［论证］

（1）用滤纸吸干钠表面煤油，切取一小块表面有表皮的钠，用沾有煤油的镊子把钠放到石棉网上，再加热。

（2）用滤纸吸干钠表面煤油，切取一小块表面没有表皮的中心段钠，用沾有煤油的镊子把钠放到石棉网上，再加热。

（3）用滤纸吸干钠表面煤油，切取一小块表面没有表皮的中心段钠，用不沾有煤油的镊子（把钠从瓶中取出时所用的镊子用滤纸擦干所沾煤油或用一把新的镊子）把钠放到石棉网上，再加热。（钠中含煤油量最小）

（4）切取一小块表面有表皮并且没擦干所沾煤油的钠，用沾有煤油的镊子把钠放到石棉网上，再加热。（钠中含煤油量最大）

实验结果，淡黄色最明显的是（3），淡黄色最不明显几乎成黑色的是（4），所以钠中煤油的残余量对本实验的成败起着很重要的作用，钠表面的煤油是否被滤纸吸收干净，对炭颗粒生成很有影响，但在实际的操作中，用滤纸把煤油吸干，是很难实现的（虽然在我们的潜意识里，常认为煤油已吸干），若用教材装置做这一燃烧，（3）法效果较好，但也存在淡黄色与黑色分离不太清的缺陷。

我校教师在去年对此实验进行了调研，用人教版教材装置进行演示，虽然对钠进行了去表皮和去煤油的处理，但淡黄色也不明显，后来发现漏了一步用滤纸擦干镊子上煤油这一步骤，这一步骤虽然细小，常常被我们忽略，但非常重要，可以说是我们那次实验调研的最大收获，补上后，淡黄色现象明显了很多。

［第2种假设］“可能是将钠放在石棉网上的缘故”“将钠放在试管或蒸发皿中，就会看到淡黄色的固体了”。

［论证］在许多钠在空气中燃烧的改进实验中，常用到试管和蒸发皿等来代替石棉网，笔者用下面改进装置进行实验。

［装置］见图2，最好使试管口一端稍稍向上倾斜，以利于空气和煤油蒸气的流通。

［步骤］用滤纸吸干钠表面煤油，切取一小块表面没有表皮的中心段钠，用不沾有煤油的镊子（把钠从瓶中取出时所用的镊子用滤纸擦干所沾煤油或用一把新的镊子）把钠放到破裂的试管内，加热。（在破试管的一端用吸球鼓入空气，效果更佳）

［现象］钠首先缩成表面为白色固体的球体，再加热时，熔化的银白色钠冲破白色的表面，成银白色液态球体，约3秒后，在银白色液态球体表面出现黑色物质，而后就开始燃烧，生成淡黄色固体并且固体体积增大，冷却后得到的固体表面全为纯净的淡黄色Na2O2，下层为黑色和淡黄色的混合物（透过试管壁能清晰看到），实验现象比用石棉网明显。

［现象明显原因解析］

（1）教材装置中的石棉网，疏松多孔，具有较强的吸附煤油的能力，不利于煤油的挥发，使煤油与钠具有更长的接触时间，促进了炭的生成。

（2）石棉网表面不平且不具刚性，使生成的Na2O2和炭混在一起，导致淡黄色现象不是很明显。

（3）加热出现银白色液态钠后，表面迅速出现黑色固体，因试管表面比较平整、致密且具刚性，促使燃烧生成的Na2O2出现在表层，而碳则沉积到下层，Na2O2与炭分离得较好。

（4）试管表面比较平整、致密且没有吸附性，使煤油较易挥发，生成的炭量较少，在破试管的一端用吸球鼓入空气，更利于煤油蒸气散逸，若在破试管的一端用玻璃导管通入氧气，既能促使煤油蒸气散逸，又能保证CO2不进入试管及O2的足量供给，效果更佳。

本实验的关键是减少钠中煤油的残余量及Na2O2和炭在固体中分离，用改进的装置在这2点上都有较大的优越性。淡黄色现象明显了许多，最大的成功在于Na2O2与炭分离得较好、炭量也相对较少。

［第3种假设］“可能与空气中的二氧化碳反应”“空气中也有二氧化碳呀”。

［论证］钠能在CO2气体中燃烧，产物为炭、过氧化钠和碳酸钠，但这并不能推出钠在空气中燃烧时反应的二氧化碳一定是“空气中的二氧化碳”。

酒精灯燃烧有较多CO2生成，吸附在钠表面的煤油燃烧也能产生CO2，从反应后生成的较多炭量上分析，可忽略原有空气中的CO2。

煤油蒸气、Na和O2在加热条件下直接反应生成炭，这是笔者反复观察实验时的一个直觉判断，是否正确，请各位同仁评判。

［第4种假设］“将钠在纯氧中燃烧，会有什么现象”。

钠在纯氧中燃烧，装置与人教版相似，把一瓶纯氧倒扣在钠上，生成物全为淡黄色的固体。

［论证］相似的装置，钠上同样残余少量的煤油，为什么在空气中有炭生成，而在氧气中则无炭，其原因是纯氧中氧气浓度大，炭被氧化为二氧化碳，在燃烧冷却后的集气瓶中倒入澄清石灰水，振荡后变浑浊，证明二氧化碳的存在。

钠在空气中燃烧实验是一个经典的化学实验，希望通过这样的实验和理性分析，能增进对它的了解，更希望更多的化学老师能再去做一做这一实验，你定能有更多的发现。