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钠与水的反应实验准备 2009-4 王平 【 实验目的 】 1. 使学生认识钠的活泼性； 2. 培养学生的观察力。 【 实验原理 】 钠的性质很活泼，它能够和水发生剧烈 反应。化学方程式为： 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 钠与水的反应 【 实验步骤 】 1. 向一个盛有水的烧杯里，滴入几滴酚酞 试液。 然后把一小块钠投入烧杯中。观 观察实验现象。 2. 用铝箔包好一小块钠，并在铝箔上刺些 小孔， 用镊子夹住，放在试管口下面， 用排水法收集气体 (如图 1所示 )。小心 取出试管，移近火焰，检验试管里收集 到的气体。 图 1 钠与水起反应 【 实验现象及解释 】 1. 当将钠块投入到水中后，可观察到如 下现象： (1)钠块浮在水面。这是由于钠的密度 比水小的缘故。 (2) 钠立即跟水发生反应，并有气体产 生。这是由于钠的化学性质很活泼， 与水能发生反应生成氢气。 (3) 金属钠熔化成小圆球。这是由于钠的熔 点比较低，钠与水反应放出的热可使钠 熔化。 (4) 小圆球在水面上向各个方向迅速游动。 这是由于产生的气体推动钠块移动。 (5) 有嘶嘶的响声，最后小圆球消失。响 声是由两方面原因造成：一是产生气体 的气泡破裂声；二是放热使钠块附近的 水接近沸点而产生的水蒸气的气泡破裂 声。 (6) 反应后的水溶液使酚酞指示剂变红。 这是由于反应生成碱的缘故。 2. 当将试管口移近火焰时，会听到气体 的爆鸣声 氢气与氧气混合气发生 爆炸，说明收集到的气体为氢气。 【 注意事项及成败关键 】 1. 钠块表面的煤油应擦净。 2. 实验中钠块不宜过大，否则易引起爆炸 。 【 实验改进 】 改进 如图 2所示在一个盛近满水的集气瓶里滴入 几滴酚酞试液，然后把一小块钠擦去煤油后 放入集气瓶中，立即塞上带导管的胶塞，并 迅速将集气瓶倒转，用排水法收集气体。 这样改进使 学生既看到 了钠与水反 应的现象， 又可直接收 集到氢气。 节省了教学 时间。 注意：钠块不宜过大，否则会产生危险。 图 2 改进 将一粗玻璃管插入盛水的烧杯或水槽中， 然后向玻璃管中的水里滴入几滴酚酞，再 将已擦去煤油的一小块钠投入玻璃管中， 迅速塞上胶塞 (如图 3所示 )，可观察到钠与 水反应的现象，待反应完全后，取下胶塞 的同时，立即用火柴点燃玻璃管中的气体， 可听到爆鸣声。 图 3 改进 取一个集气瓶，加入 2/3 容积的水，再滴入几滴 酚酞，然后将已擦去煤 油的一小块钠投入集气 瓶中，迅速盖上一个罩 有小试管的漏斗 (如右图 所示 )，用向下排空气法 收集反应生成的气体。完毕后，取下小试 管，将其移近火焰检验试管中的气体。 图 4 改进 取一大 U形管，左端塞上带有短颈球形漏斗 (或三角漏斗 )的胶塞，然后从球形漏斗向 U形 管中加水近满。向 U形管右端的水中滴加几 滴酚酞，再将已擦去煤油的一小块钠投入其 中，迅速塞上带有止水夹、尖嘴玻璃管的胶 塞，反应装置如 5图所示。此时可观察到钠 与水反应的一些现象。待反应完毕后，用一 小试管罩在尖嘴玻璃管上，打开止水夹收集 生成的气体，再用点燃方法检验试管中的气 体。 图 5 改进 向一广口瓶中加入约 4/5容积的水，并 滴加几滴酚酞。然后将已擦去煤油的一 小块钠投入其中，并迅速塞上带有球形 长颈漏斗和尖嘴玻璃管 (尖嘴玻璃管上配 有止水夹 )的胶塞 (如图 6所示 )，此时可观 察到钠与水反应的一些现象。待反应完 毕后，将 1支小试管罩在尖嘴玻璃管上， 打开止水夹，收集反应生成的气体，然 后用点燃的方法检验生成的气体。 图 6 改进 按图 7所示组装仪器 。 实验时打开胶塞 ， 向玻 璃管中加入约 4/5容积的水 ， 然后再滴加几滴 酚酞 。 将已擦去煤油的一小块钠投入其中 ， 迅速塞紧胶塞 。 可观察到钠与水反应的现象 ， 并看到玻璃管中的水被生成的气体挤出玻璃 管外 。 待钠反应完全后 ， 打开胶塞迅速把点 燃的火柴移近管口 ， 可听到气体的爆鸣声 。 图 7 改进 取 1支大试管，向其中加入约 5/6容积的 水，然后滴加几滴酚酞，再将已擦去煤油 的一小块钠投入水中，立即将带有导管的 胶塞塞紧 (如图 8所示 )可观察到钠与水反 应的现象，将生成的气体通入肥皂液中， 然后用火柴点燃肥皂泡，可听到气泡爆裂 的响声，说明生成的气体为氢气。 图 8 钠与水反应 说课稿 钠与水反应 说课稿 今天，说课的内容是高一新课改人 教版必修（一）第三章第一节金属化 学性质的部分内容：钠与水反应 下面从五个方面谈一谈关于钠与水 反应的整节课的一些想法： 一、教材分析 钠与水反应 不仅是本章的一个重 点，也是整个高中化学的重点之一， 是历年高考的热点。这个实验是中学 阶段较有趣的实验之一。通过此实验 可较好的激发学生的学习兴趣，注重 实验的研究。学好这一点可以为解决 现实生活某些实际问题创造条件。 本课时的教学目标 : 知识与技能： 1、掌握钠与水反应的实验操作 2、理解钠与水反应有关实验现象的原因 3、培养学生利用实验分析，解决问题的能力 4、培养学生创新思维的能力 过程与方法： 通过钠与水反应演示实验，使学生初步 学会根据参加反应的 “ 元素种类 ” 和 “ 原 子结构 ” 推导可能生成的反应产物，能 “ 举一反三 ” 。 情感态度与价值观： 发展学习化学的兴趣，感受化学世界的奇妙， 有将化学知识应用于生产、生活实践的意识，能 够对与化学有关的社会和生活问题做出 合理的判断 之所以这样确定教学目标，一方面是根据 教材和教学大纲的要求，另一方面是想在 学法上给学生以指导，使学生的能力得到 提高 本课时的教学重点和难点：钠与水反应实 验现象的解释 二、教法方面 本课时依教材特点，采用实验演示及问题讨 论式教学。具体解决重、难点的方法如下： 1、由于上节课已学习了钠的有关性质，知道 钠是一种活泼的金属。根据学生的实际情况 及培养目标。我将这部分知识的学习采用探 究式教学，由生动形象的故事引出新的内容， 新的实验，再通过讨论由表及里地揭示反应 的实质，推导出反应的产物，使学生进一步 巩固氧化还原反应的含义。 2、课堂上要有计划地留出充分时间给 学生进行实验探究：在此过程中注意 培养学生运用实验来分析问题和解决 问题的能力。让学生亲身体验到钠与 水的反应，从而进一步巩固知识提高 能力。既强化了重点又突破了难点， 实现教学目标。 三、学法方面 （ 1）在本节教学中我着重突出了教 法对学法的引导。在教学双边活动 过程中，引导学生用实验为指路灯 来探寻新知识，层层深入掌握新知 识。目的在于使学生明确实验在化 学学习中的重要性，使他们注重自 己对实验的观察，分析，设计及动 手操作能力的培养。 （ 2）通过授课过程中一系列发散性 的设问，使学生明确理论对实践的指 导作用。在学习过程中体会到学好理 论重在要去分析问题，解决问题，才 能将知识真正灵活地融入脑海之中。 四、教学程序 1、谈谈实验的导入： 通过讲故事来吸引学生的注意。故事是这样 的：一位巫婆说她会捉鬼。她往装有半碗水的碗 里滴了几滴她所谓的仙水，再把她所谓的吸血丹 放到碗里。只见那吸血丹立刻在水面上乱窜，那 巫婆美飞色舞地说：看！我那吸血丹在动，说明 这周围有鬼，它正在吸鬼魂；听！那 “ 嘶嘶 ” 的 声响，正是鬼临死前的呻吟；再看！水变红了， 那是鬼被我的吸血丹吸收后，化作了血水 相 信鬼神的人听了后肯定会信以为真，但稍有知识 的人都知道世上并没有鬼，但巫婆那所谓的吸血 丹和仙水究竟是什么呢？这样学生的注意力就会 聚中这一节课上，想知道个为什么。 2、钠与水反应的实验演示 做此实验应让学生带着问题去观察。提示学生要注 意钠与溶液的变化、有没有气体产生、反应是否放出热 量、是否有声响。为了使实验更为直观，我将水槽放在 幻灯机上，直接投影到屏幕上，这样整个实验都看的一 清二楚。 观察内容 : (1)钠的位置 (2)钠的形状变化 (3)钠块的运动情况 (4)有没有声音 此实验较难观察就是声音及热量的判断，针对此情 况应叫前几排的同学要特别注意这两方面。 实验完毕后应组织学生讨论：为什么会发生此现 象？并能否根据反应物质的元素组成和观察到的 现象，推理反应的可能的产物，写出化学方程式。 （可结合氧化还原反应的电子得失，推出该气体 是氢气，可做 氢气验证的实验 ）。 从元素守恒角度考虑 ,共有 Na,H和 O三种元素 , 钠发生变化 ,假设转变成我们初中已经学过的 NaOH,那么反应生成的气体可能是 O2或者 H2.运用 我们前段时间掌握的氧化还原反应的知识 ,分析 我们的推测是否正确 2Na + 2H2O NaOH + O2 H2 化合价升高 ,失去电子 ,被氧化 化合价升高 ,失去电子 ,被氧化 不符合氧 化还原规 律 ,不合理 合理 化合价降低 ,得到电子 ,被还原 在此实验过程中学生可能会提出：钠的密度不 是比水小吗？为什么在放下的前一段时间是稍 下沉的，只有等到钠变成了银白色的小球后才 浮在水面上呢？ 首先对这细心观察的学生应加以表扬。之所以 会这样是钠的表面含有一层钠的氧化物如氧化 钠，而氧化钠的密度比水大，所以放下的前一 段时间是稍下沉的，只有等到钠变成了银白色 的小球后才浮在水面上。 思考题 :过量的钠与少量盐酸反应，可生成哪些 产物？为什么？ 提示：钠与氯化氢反应生成氯化钠和氢气，过 量的钠又与水反应生成氢氧化钠与氢气，所以 产物有氢氧化钠、氢气与氯化钠三种 3、实验探究 钠与硫酸铜溶液反应中能否置换出铜？ 很多学生会回答可以，因为现有的知识告诉他们：在金 属活动顺序中前面的金属可以置换出后面的金属。那么 事实是不是如此呢？可以通过实验给学生以验证。结果 是并无红色的铜析出，反而有蓝色沉淀生成。为什么呢？ 然后叫学生进行讨论： 能否根据反应物质的元素组成和 观察到的现象，推理反应的可能的产物，写出化学方程 式。说明为什么有这些产物？ 提示：钠首先与水反应，生成氢氧化钠和氢气，氢氧化 钠与硫酸铜反应生成氢氧化铜和硫酸钠，没有铜的析出。 说明钠与硫酸铜在水中不发生置换反应。反应的化学方 程式： CuSO4 + 2H2O + Na = Cu(OH)2 + Na 2SO4 + H2 （ 4）情感教育：告知学生要有将化学知识应 用于生产、生活实践的意识，能够对与化学有 关的社会和生活问题做出合理的判断；而不能 像故事中的巫婆一样去骗钱害人。 五、扳书设计 钠与水反应 一、钠与水反应的现象（解释）： 现象 原因 浮 在水面 密度比水小 熔 成小球 反应放热，钠的熔点低 “ 嘶嘶 ” 作 响 反应迅速，且有气体生成 各方 游 动 气体推力各方向大小不同所致 溶液变 红 生成 NaOH 反应的化学方程式： 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 二、钠与硫酸铜溶液反应 CuSO4 + 2H2O + Na = Cu(OH)2 + Na 2SO4 + H2 三、作业： P44 第 1、 2题 钠与水反应实验现象探究 2008-10 最近，我们做了钠与水反应的实验。在实验过程中，金属钠与 水反应剧烈，反应释放出氢气并同时生成氢氧化钠。反应产生 的热，使金属钠熔化，还使它在水面上着火燃烧。但在归纳过 程中，我们产生了很多疑问。 例如： 钠粒在反应中为何呈球状呢 ? 为什么钠球会在水面上游动 ? 在考察燃烧现象时还发生了争论：反应时发生的燃烧，是钠 在着火燃烧，还是氢气在燃烧 ?抑或是两者同时在燃烧 ?是钠 先燃烧，还是氢先燃烧，抑或有其他什么可能性 ?为什么在燃 烧的同时常有叭叭作响的断续爆炸声 ? 钠与水反应的过程中总有些烟雾状的白色物。有人问这白色 物究竟是烟，还是雾，或是既有烟，又有雾等等。 1钠粒在反应中为何呈球状呢 ? 钠的密度比水小，且熔点也仅为 97.81 。 钠在与水的反应中表现出极高的化学活性， 与水反应时放出的热足以使它熔化。由于 熔化的金属钠具有很大的表面张力，这就 是钠球形成的原因。 2为什么钠球会在水面上游动 ? 我们查阅资料，当中有两种意见，第一种意见认为， 钠与 水接触产生的氢气泡外逸时驱动着钠球游动。 第二种认为， 是因为 Na与水反应生成的 NaOH溶液有较大的表面张力， 驱使钠球朝表面张力较小的水 (或更稀的 NaOH溶液 )方向 移动所致。 我们比较赞成第一种解释观点，不太赞成第二种见解，原 因有两点：第一，浓度大的 NaOH溶液的表面张力是要比 水 (或更稀的 NaOH溶液 )的表面张力要大，但不是很大。 当我们投入一粒绿豆大小的金属钠于盛水的烧杯中，那种 因为浓度差引起的表面张力差驱使钠球运动的解释，未免 太牵强了。第二，表面张力的大小，不仅与溶液的浓度有 关，也跟温度有关。 水的表面张力与温度的数据 温度（ ） -8 -5 0 15 18 25 50 60 80 100 表面张 力系数 牛 /米 （ 10-3 ） 77 76.4 75.6 73.49 73.05 71.97 67.91 66.18 62.60 58.9 可见，温度对于液体 (这里是水 )表面张力的影响是不可低估 的，更何况反应是在足以使金属钠熔化的温度下进行的，水 表面张力当然是明显减小。由于第一、第二两种表面张力恰 好相反，设想当两种力达到平衡时就没有太大的“余力”来驱 使球在液面游动了。 3燃烧现象与爆炸过程分析 漂浮在水面上的钠，在与水反应产生氢气的同时，尽 管没有燃烧，那裸露在空气中的那部分钠，无疑会有 较多的 Na2O和少量 Na2O2生成，并立即跟水反应生成 NaOH。 最初 2Na+2H2O=2NaOH+H2+Q1 Na溶化后 4Na+O2=2Na2O+Q2 (燃烧前 ) 2Na2O+O2=2Na2O2(少量 )+Q3 Na2O+H2O=2NaOH+Q4 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2+Q5 以上均系放热反应。但是由于 H2的自燃点高达 585 ，所以首先着火的不是 H2，而是 Na。 2Na+O2燃烧 Na2O2 在继 Na着火之后，立刻就是 H2被钠焰点着，呈现 Na、 H2同时 在空气中燃烧的情况。 2H2+O2(空） 燃烧 2H2O 与此同时， Na燃烧生成较多的 Na2O2与水反应生成 O2： 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2 当反应生成的 O2与 H2在它的爆炸极限以内就形成爆炸性混合 气体，在钠球附近产生断续的叭叭爆炸声。 可见，钠与水反应的燃烧现象，不仅有钠在燃烧，也有氢气在 燃烧，而且是钠球先着火再引燃氢气；钠与水反应的断续爆炸 现象，则主要是 Na2O2与水反应生成的氧气与钠跟水反应产生 的氢气混合后被点火引起的。 我们注意到，这种燃烧和爆炸，总是受钠球上方空气中 O2的量 所制约的。当钠球上方的空气被氢气赶走到极稀少时，这种燃 烧将难于进行，爆炸更是无从发生。由于许多实验者总是习惯 在烧杯内做钠与水反应的实验，因此，水面上方的空气被反应 生成的氢气 (或水蒸气 )赶走的量总是很有限的，所以钠与水反 应的燃烧和爆炸现象是必然的。如果创造一个无氧环境，让钠 在惰性气体或其他还原性气体中只与水反应，这种燃烧与爆炸 就无从发生了。下面两个钠与水反应的实验，就是为达到这一 目的而设计的。 实验一：取一只集气瓶，用排水法收集约三分之二体积的 N2，余下的水留作跟钠反应。在这种惰性环境中，钠只跟 水反应。投入水中的金属钠那怕大如蚕豆，也只见钠跟水 激烈反应被熔化成钠球，在水面游动，从未发现有燃烧和 爆炸的现象发生。 实验二：如下图所示，在盛满水的 U形管的左边管口投入 一颗黄豆大小的金属钠，并迅速用橡皮塞紧塞管口。这时 也只见钠与水剧烈反应被熔化成钠球，产生的氢气把管内 的水排入烧杯内。实验非常安全，也从未发现有燃烧和爆 炸的现象发生。实验也表明了，仅仅靠 Na跟水反应产生的 热就足以使金属钠熔化。 4是白烟，还是白雾 钠与水反应时水面上方弥漫的“白色物”，是烟，还是 雾，抑或是既有烟又有雾的白色烟雾 ?究其化学成分， 是 Na、 Na2O2， NaOH，或者是其他物质。这些都是我 们最有争议的问题。为了证实这白色物的大体成分，我 们做了以下几个简单实验。 实验一： 在盛有水的烧杯上方罩上一个较大的漏斗，漏 斗内壁上贴几张湿润的红色石蕊试纸或酚酞试纸。当把 金属钠投入烧杯中，钠与水反应生成的白色雾样一般不 致使这些指示剂显色。偶见指示剂 (试纸 )上有少数显色 斑点，这显然是钠与水激烈反应 燃烧和爆炸时飞溅 在试纸上的碱液引起的。特别是反应停止后，这些尚未 消失的浓浓白色物，无论对何种酸碱指示剂均不起作用。 实验二：我们让钠在集气瓶中跟水反应，生成的白色 物浓浓聚集，用贴有润湿红色石蕊试纸的盖玻片盖住 集气瓶口，或用载有酚酞试纸的玻璃棒在白色物样中 检测，均未发现指示剂显色。 实验三：我们选铁丝、玻璃棒、瓷片、木炭中的任何 一种，在酒精灯焰上先烧成红热状态，再迅速跟冷水 接触，立即产生相似的白色物样。 所以，我们断定这些白色物主要不是烟，而是由水蒸 气凝聚而成的白雾。