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第1章 关于碱金属实验的操作和改进(1)

自制银白色金属钠标本

取两支试管、口径(大小自选)一大一小,洗净烘干、小试管正好紧紧套在大试管里,如同打针的注射筒能推进拉出,小试管略比大试管长些,要求在小试管推到大试管底部时,两管底基本吻合、大小试管壁也基本紧凑,这样空隙小,管内留存空气则少。

用镊子在瓶内夹取一块钠、用吸水纸吸去煤油后将小刀削去表面黄垢、挖取中心部分约黄豆大小立即放入大试管底部,并速将小试管推入接近钠粒,并立即把大试管在酒精灯上均匀加热,当钠开始熔化时即将小试管推入底部,熔融的钠因小试管的挤压向试管底壁四周空隙处溅溢,而后很快用蜡将试管口封闭,避免空气进入,到此,一个在试管上呈银白色的金属钠标本即告制成。

巧妙回收钠渣一法

金属钠长期浸泡在煤油中,表面形成一层黄色化合物。教学中每次取用金属钠时,都须削去表层,若干年累积,实验室便有了一小批削下的钠渣。钠渣中夹有一些金属钠,处理不当易造成事故。江苏镇江中学吴涤尘老师介绍一种安全简易回收钠渣中金属钠的方法。

除杂质

钠渣外层的化合物极易溶于水,可用水洗去。关键是防止金属钠与水反应。方法是:用100毫升小烧杯,加入约50毫升水和30毫升煤油,再把钠渣加入(如量多,可分批处理),用玻棒剧烈搅拌几下,钠渣中的化合物即可溶解于水,露出的金属钠迅速上浮,成银白色沙粒状悬浮在油水交界处。这时,钠表面裹有煤油,很少与水反应。

熔结

把沙粒状金属钠取出,用滤纸吸干表面煤油,然后转移到小试管里,并在试管口塞一小团棉花。把试管在酒精灯上小心加热,并轻轻抖动。待观察到钠粒熔合,液面收缩呈弧状,并见有黑色杂物浮上液面时,立即停止加热。静止冷却后,即得一钠块。在试管中熔结可避免残余煤油着火燃烧。

学生分组实验后多余的小块钠如较多,也应及时熔结成大块,以减少存放期的变质损失。

金属钠燃烧生成Na2O2实验的改进

河南平顶山一矿中学耿国钦老师介绍实验操作步骤如下:

①点燃酒精灯,放上铁三角架,再将15cm×15cm镀锌铁片置于三角架上预热一分钟。

②切下黄豆大小一块金属钠,用滤纸吸去表层煤油后放在已热的铁片上。金属钠表面的煤油很快挥发掉。金属钠边很快熔化成一个小圆球。且表面被氧化成白色,很快又变成淡黄色。此时,用铁丝使金属钠球拨开成一分硬币大面积,金属钠迅即燃烧。燃烧时有白烟直冒。待白烟将尽时,罩上小烧杯,熄灭酒精灯。此时,烧杯内一朵淡黄色漂亮的珊瑚状的过氧化钠的结晶花便产生了。

前后不超过3分钟,简便易行,效果甚佳,请大家不妨一试。

钠在空气中燃烧实验的改进

高中化学(必修本)第一册第四章第一节“钠”的化学性质的实验4-2,是将金属钠放在石棉网上加热来观察实验现象的。用石棉网来进行实验,有以下缺点:1燃烧剧烈,生成物不易在网上聚集;2石棉网孔隙较大,具有“渗漏”现象,钠在熔化燃烧过程中易渗漏到石棉网网底,而观察不到生成物;3实验室所用的石棉网大都用过,石棉部分或多或少产生了颜色变化,而且颜色与钠燃烧产物的颜色接近,故生成物即使能在网上有聚集,也难于观察到其颜色;4即使使用新石棉网,由于1,2的原因,也不易观察到生成物。鉴于以上缺点,贵州省三都民族中学谢志详、陕西师范大学化学系杨维平老师对钠的燃烧实验作了改进,将石棉网改为坩埚或瓷蒸发皿。实验如下:

实验用品:

坩埚、瓷蒸发皿、坩埚钳、泥三角、三角架、酒精灯、镊子、小刀、金属钠。

实验过程及现象:

将坩埚或瓷蒸发皿洗净,烘干。从煤油中镊出一小块金属钠,用小刀切取黄豆大小的钠粒,用滤纸将其表面上的煤油吸干,放入坩埚或瓷蒸发皿中,将坩埚或瓷蒸发皿放在泥三角上,加热大约1min,金属钠溶化,随即开始燃烧,并发出黄色火焰,燃烧时间大约持续10s,观察到灰白色固体(Na2O)生成,继续氧化1~2min,转变为淡黄色固体物质(Na2O2)。化学方程式为:

4Na+O2=2Na2O2Na2O+O2=2Na2O2改进后的实验有以下优点:1燃烧过程趋于缓和,便于学生观察实验现象;2实验现象更为明显,不仅对金属钠在空气中燃烧的现象(火焰)毫无影响,而且更能使学生清楚地观察到生成物及其颜色;3安全可靠。

常温下钠与空气中氧气反应生成氧化钠

钠在常温下能够与空气中的氧气化合而生成氧化钠,可观察到刚切开的光亮的金属钠的断面很快发暗,但在短时间内看不到白色的氧化钠生成,因此不能令人信服。那么能否通过实验看到生成白色的氧化钠呢?考虑到空气中水蒸气、CO2等的影响,我们设计了如右图所示的实验装置,使钠较长时间地与空气中的O2接触,从而可观察到生成白色的氧化钠。

该图中A中盛的是NaOH溶液,以除去空气中的CO2。B中盛的是浓硫酸,以除去气体中的水蒸气。干燥管C中装的是碱石灰,以进一步除去气体中的CO2和水蒸气。

实验时,把一小块钠表面的煤油用滤纸吸干,并把表皮切下除去,再把它切成薄片(以增大钠与空气中O2的接触面积),放入干燥的烧瓶D中,然后按图连接仪器,检验整个装置是否漏气,如不漏气,把该装置放在空气中3至4天,钠块的表面有白色固体氧化钠生成。

钠与水的反应(一)

操作:1调节A和B在适当水平位置。2取下单孔橡皮塞,并向B容器加入适量水。3向球形漏斗内滴入数滴酚酞溶液。4在C处卡住一颗黄豆大小的金属钠,然后将塞塞紧。5适当提高B容器的水位。6用手轻轻捏住D处的玻璃珠,慢慢排除球形漏斗内的空气,直至水刚好接触钠时,立刻停止捏D处,即不让气体继续排出。7待反应停止后,一手捏橡皮D处玻璃珠,一手点燃排出的气体。

优点:操作方便安全,现象明显,不仅能看到钠在水面上游动,生成的碱液能使酚酞变红,还能检验生成的氢气。

钠与水的反应(二)

高一学生实验《钠的性质》中,将钠的熔化、色态观察及钠与水的反应衔接起来,可以丰富学生的观察内容,增加趣味性。做法如下:

(1)钠的熔化:取小块金属钠用滤纸吸去煤油后放入洁净试管内,插入沸水中观察金属钠熔化,然后将一支备好的小试管插入其中,将熔化了的钠挤压成钠箔,观察钠箔的银白色。(也可将小试管底部在酒精灯上加热至100℃以上,直接插入盛钠的试管内,挤压成钠箔)(2)钠与水的反应:用胶头滴管小心地将水滴入小试管内,并滴加两滴酚酞。然后用拇指堵住试管口,倒置一下使小试管内的水流入两试管夹层后直立试管,观察夹层内水与钠箔的反应,在试管口压紧拇指收集氢气。待反应结束后点火爆鸣。

注意:①两度管应预先选好,间隙不超过1毫米,压成钠箔后再滑动。②加水后试管只能倒置一次,发生反应生成苛性钠后不可再接触皮肤。

上述制备钠箔的方法也可用于教师制作长期保存的金属钠样品管。只需在管口用熔蜡封严内外试管间隙即可。若在制作时直接在盛钠的试管内放入适量石蜡,再将热试管插入,更可减少钠的氧化机会。

钠跟水反应实验的新方法

首先取一小块金属钠(高粱粒大小),用大头针将其插到一只干燥橡胶塞小头的中心后,把橡胶塞紧紧地塞在干燥的单球干燥管(150mm)的粗口处,然后用干燥的滴管吸取四氯化碳,从细管端的胶管上口向干燥管内注入至钠块被浸没一厘米为止。接着再用滴管向干燥管内注入含酚酞的水溶液直到整个干燥管及胶管被充满(如图1所示)。实验时手持干燥管的细管部位使整个装置上下颠倒过来。这时干燥管内的四氯化碳因比水重仍到下方,而有酚酞的水溶液在上方并与固定在大头针上的钠块相互接触,钠跟水立即反应,钠块随之熔化从大头针上落在液面上形成一个闪光的小球。不断移动,产生的气体使四氯化碳和部分有酚酞的水溶液被排至在烧杯内,干燥管内剩下的有酚酞的水溶液变红(如图2所示)。待反应结束后,用弹簧夹夹住干燥管细管端上的胶管,取下带有大头针的胶塞,使干燥管的粗管口移近火焰,可以听到“噗”的一声响,随后可观察到气体在干燥管内安静地燃烧。由此说明生成的气体是氢气。

利用滤纸进行金属钠与水反应的实验

将滤纸片(4×6cm)按如图所示方式把一块绿豆大小吸干煤油的钠及细玻璃管卷入其中,系住两端,手持玻管一端浸入内含5ml酚酞水溶液的试管中,立即在玻管口点燃,证明有H2放出,反应停止后,解开滤纸,内层呈红色,证明有NaOH生成。

优点:操作简单安全,反应过程、产物检验一次完成,现象明显。

ANa块B玻管C点燃处DE细铁丝

钠跟水反应演示实验的新方法

现行高中课本上钠跟水反应的演示实验至少存在以下两个缺点:(1)没有排除氧气的干扰。

在有空气(含氧气)存在的情况下,钠跟水反应的同时,时常发生燃烧和爆炸等次要现象。这不仅不安全,而且妨碍了对主要现象的观察。(2)整个实验所用的钠分“两次”进行。这样,钠既没能尽其用,又削弱了实验效果。为了克服上述之缺点,陕西省商洛师专化学系任有良老师探索出了一种新的方法,收到了良好的实验效果,现介绍给大家。

实验装置

图中A为粗玻管(用破底的粗试管截割而成);B为破底的粗试管(也可用容积相当的长颈漏斗代替):C、D、E分别为直形和弯形玻璃尖咀导管;F为塑料软管;G为轮式夹(与F配套,均来自打吊针用的废输液器);H为尖咀帽(取一段2~3cm长的上述塑料软管,烧封一端即成)。

安装要点:(1)插入胶塞的C、D、E尖咀导管的大端头均不要露出塞面,最好与塞面平齐;(2)为了不影响视线,夹持A管铁夹的着力点应放在A管的下端头处;(3)B管下口面略高于A管上口面。

实验步骤

(1)按图1安装好装置,并检查气密性。然后打开轮式夹,拨下A管的上口胶塞,向其中注满水,并向B管中滴入几滴酚酞试液。

(2)取一颗5mm×5mm(孔径和厚度)的普通小螺丝帽,平放在桌面上,再取黄豆粒大的一小块钠放在其孔口上。然后借助玻棒头将钠填满螺孔(多出的部分用小刀刮去),并用胶带纸(也可用石蜡)封其一端孔口。

(3)将装满钠的螺帽投入A管中(投放时,注意使螺帽没加封的一端加上),并迅速塞紧胶塞(胶塞上戴帽的尖咀C需要事先用胶头尖咀滴管或一次性废塑料注射器注满水,以排去其中的空气)。

我们看到的现象是:①螺帽一放入水中,就从螺口处滔滔不绝地冒出大量的气泡;生成的气体把A管中水快速压入B管中;紧接着B管中的水变成了红色。②数秒钟后,钠从沉在水底下的螺帽中挣脱出来浮于水面,熔成一个光亮的小球,四处游动,并逐渐缩小,最后完全消失。

(4)反应结束后,先关小轮式夹,再拔下尖咀帽。待尖咀内滞水被气体全部带出后,再点燃。可看到氢气燃烧的火焰(火焰的大小可通过轮式夹来控制)。

实验简论

(1)将钠块嵌入螺帽中,其目的是使钠能暂时沉入水中。此做法有三点好处:①便于塞好胶塞及完全赶净容器水面上的空气,以确保实验安全。②钠在水面下跟水反应,能看到有大量的气泡冒出。这不仅很直观地说明了钠跟水反应有气体生成,而且钠跟水反应的激烈程度也得到了很好的显现(比锌粒跟稀酸的反应要剧烈得多)。③螺帽中的钠跟水反应数秒钟后,便会挣脱螺帽的束缚而浮于水面。此现象能强烈地启示观察者对“钠的密度比水小”这一物性的认识。

(2)用胶带纸或石蜡封其螺帽的一口端,是为了多保留几秒钟钠在水面下的时间,以便达到或增强上述的几个效果。

(3)本实验中一螺孔的钠与水完全反应后生成氢气的体积约60ml(室温1大气压下)。因此,选用的粗玻管或破底粗试管的有效容积(去掉胶塞所占的体积)应不小于70ml。如果没有粗玻管或破底的粗试管,可选用广口瓶和分液漏斗,改用图2装置进行实验。

(4)本实验方法具有器材易得、装置简单、操作简便、现象明显、安全可靠、可见度高、趣味性强等优点,是一种较为理想的实验演示方法。该法也适用于钾(用量须控制在小颗黄豆粒大以下,即须选用更小的螺帽)跟冷水反应的实验。因排除了氧气这个爆炸根源的存在,所以显得更为安全。

钠与水反应实验的一种新方法

取一支试管,加入6毫升的蒸馏水,滴入2、3滴无色酚酞试液,溶液显无色。再往试管里加入5毫升煤油,此时试管里油、水分层,界线分明,上层为煤油,下层为无色水溶液。

另取一粒黄豆大小的金属钠(去除钠表面上的氧化物等),投入上述试管混和液体里,可见银白色的金属钠迅速在煤油里向下沉,当钠粒一进入到油、水分界面时,与水接触部位的钠立即反应,有气泡产生,马上将金属钠浮起,托出煤油液面,冒出气泡。然后钠粒又在煤油层里向下沉去,再次在油、水的界面处与水反应。此时,下层的水溶液逐渐变为红色。钠粒在煤油层里翩翩起舞,忽上忽下,忽左忽右,很有趣味。有时可以轻轻振荡试管,给钠粒“加油”。让它的舞姿更美。

该实验能很好说明钠与水剧烈反应,有气体产生。生成氢氧化钠溶液显碱性,还能反映出钠、煤油、水三者密度的大小关系,说明钠与煤油不发生反应,钠沉在煤油里。所以通常将钠保存在煤油里,使隔绝钠与空气、水的接触。

钠与水反应实验中三种现象

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