| 标题 | 钾与水反应实验的新设计 |
| 范文 | 王建芬?? 摘要： 现行高中化学教材中的钾与水反应实验，没有证明有氢气生成，学生观察实验后容易产生疑惑。利用一次性注射器、玻璃两通管和橡胶塞等实验用品，通过巧妙加工、设计和组装实验新装置，能清晰给出相关实验现象，很好地证明了钾与水反应既可生成氢氧化钾又可生成氢气的重要结论，从而打消了学生的疑虑，提高了教学质量。 关键词： 钾与水反应； 氢气； 实验改进 文章编号： 10006629（2018）8006303 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 1 问题提出 现行高中化学教材[1]钾与水反应的实验方法是： 在烧杯中放入一些水，然后取绿豆粒大小的钾，用滤纸吸干表面的煤油，把它投入烧杯中，观察它与水反应的现象（如图1所示）。反应完毕后，向烧杯中滴入几滴酚酞试液，观察溶液颜色的变化。现行教材对钾与水反应实验现象作了解释，其观点是：“钾与水反应比钠与水的反应更剧烈，反应放出的热可以使生成的氢气燃烧，并发生轻微的爆炸，证明钾比钠的金属性更强。”但好奇的学生看完实验后提出了与教材不同的观点，他们认为：“金属钾与水反应时，在水的表面上燃烧，不一定是生成的氢气在燃烧，很有可能是金属钾与水反應时达到了金属钾的着火点，是金属钾本身在水面上燃烧。”事实果真如此吗？实践是检验真理 的唯一标准，带着这一问题，对实验进行了探索。利用一次性注射器、两通玻璃管、橡胶塞等，自行设计了可以证明钾与水反应生成氢氧化钾和氢气的实验装置，通过实验解决了两种观点孰是孰非问题，深受学生的欢迎。 2 现状分析 通过查阅大量教学期刊发现，关于钾与水反应实验的研究论文并不多见，然而这些研究论文所报道的实验方法或多或少都存在一些问题。有的实验方法[2]虽然简单，但当金属钾与水接触的瞬间实验装置中气球容易烫坏而破损，造成实验失败；还有的实验方法[3]虽有可能控制金属钾与水反应生成的氢气的燃烧，但很难得到纯净的氢气，更谈不上对氢气的检验。因此笔者认为，到目前为止，一直没有从根本上解决钾与水反应产生的氢气可收集并可通过实验加以验证的问题。针对这种情况，有必要对实验作进一步改进。我们利用常见的实验用品，通过潜心研究，巧妙加工和组装，设计了简单、合理的实验装置，达到了理想的实验效果，从而解决了教学中的实际问题。 3 设计思想 现行高中化学教材中钾与水反应的实验有其所长，但没有证明有氢气生成，也没有证明究竟是钾与水反应生成的氢气在燃烧，还是熔化的金属钾在燃烧。为此，作为改进设计的新实验方法必须能够证明两个问题： 一是金属钾能够跟水反应，但本身并不燃烧；二是金属钾与水反应能够生成氢氧化钾和氢气，生成的氢氧化钾用无色的酚酞试液进行检验，而生成的氢气则可以通过点燃加以验证。因此，进行实验时，必须分两步进行，首先是金属钾与水反应实验，然后是氢气检验实验。 4 设计方案 依据实验的设计思想，要想保证钾与水发生反应生成氢气但不燃烧，必须使两者在一个隔绝空气的条件下进行，此外，生成的氢气还能通过实验来检验。由于钾与水发生反应是放热的，并且生成了氢气，封闭的体系内压强会发生变化，这就要求反应器必须具备两点： 一是整个反应器必须密封；二是反应器必须可以自动调节压强。利用一次性注射器的上下可移动性可使反应器内外压强保持平衡；两通玻璃管的透明性和耐高温性可以保证实验的可观察性和坚固性；使用橡胶塞可以使反应器密封性良好。通过对这些实验用品的巧妙处理和组合可以很好地解决实验装置既可密封又可自动调压问题，反应生成的氢氧化钾用无色的酚酞试液进行检验，得到的纯净的氢气则用点燃的方法加以验证。 5 实验原理 （1） 金属钾与水反应： 2K+2H2O2KOH+H2↑。 （2） 检验氢气： 2H2+O2点燃2H2O。 （3） 指示剂变色： 酚酞试液遇氢氧化钾溶液变红。 6 实验方法 6.1 实验用品 一次性注射器（50mL）2支、两通玻璃管（2×12cm）1根、3号橡胶塞2个、大号注射针头3根、酒精灯1盏、火柴1盒、玻璃片1块、小刀1把、蒸发皿1个、玻璃棒1根、胶头滴管1支、打孔器 金属钾、蒸馏水、酚酞试剂、洗衣液 6.2 仪器加工与组装 （1） 取一个3号橡胶塞，用打孔器在小头端打一个直径4mm、深4mm的凹形小孔洞，从大头端中央插入一根大号注射针头，并使针尖下端穿出恰好与橡胶塞的小头端凹形小孔洞在同一个平面内（如图2所示）。 （2） 用小刀在玻璃片上切割一块绿豆粒大小的金属钾，放到橡胶塞的凹形小孔洞内（要求金属钾充满整个孔洞，使孔洞内的空气全部排尽），且正好让注射针头穿过金属钾并露出针孔（如图3所示）。 （3） 取一根两通玻璃管，在其下口处塞上一个3号橡胶塞，然后将另一根大号注射针头从胶塞大头端中央向小头端的中央穿透；将一次性注射器吸满滴有酚酞试液的蒸馏水，并与此针头连接好。稍向上推注射器的注射栓，使少量蒸馏水酚酞混合液进入玻璃两通管内；用滴管向玻璃管内滴入蒸馏水酚酞混合液至距离上管口3cm处。然后将两通管的上口处塞紧带有金属钾的橡胶塞（如图4所示）。 6.3 操作及现象 （1） 钾与水的反应： 仪器垂直组装好后，用力上推注射器1的注射栓，使蒸馏水与酚酞的混合液迅速充满两通玻璃管，使空气排出管外，当液面与孔洞内的金属钾接触时，立即发生反应（2K+2H2O2KOH+H2↑）， 可观察到金属钾颗粒变成一个熔化的小球从孔洞内落 下并浮在水面上无声地迅速移动，溶液随之变红（此时注射器的注射栓用手握住不动），说明钾与水反应生成了氢氧化钾。当产生的气体将两通玻璃管内的空气向外排尽时，迅速将注射器2与两通管上口胶塞上针头连接，此时反应继续进行，产生的气体被密封在两通玻璃管和注射器2内（如图5所示： A一次性注射器2；B两通玻璃管；C和D蒸馏水与酚酞试液混合溶液；E一次性注射器1）。 （2） 气体的检验： 上推一次性注射器1的注射栓或上提一次性注射器2的注射栓，使生成气体全部进入到一次性注射器2的注射管内。 （3） 在蒸发皿中加入20mL蒸馏水，加入5mL洗衣液（作为发泡剂），用玻璃棒搅拌均匀。 （4） 将充有气体的一次性注射器2取下（上下方向不变），安装上另一个大号注射针头，将针 管内的气体少许推入到蒸发皿内的洗衣液里，可观察到产生的气泡向空中缓缓漂动，用火柴点燃时，与空气中的氧气发生反应（2H2+O2点燃2H2O）产生爆鸣声，说明钾与水反应生的气体是氢气。 （5） 点燃酒精灯，将一次性注射器2内剩余的气体推到火焰上，又可发现该气体可以安静地燃烧（2H2+O2点燃2H2O），并产生淡蓝色火焰，也可说明该气体是氢气。 通过上述实验可知，金属钾与水发生反应时，在隔绝空气的条件下观察不到金属钾表面燃烧的实验现象，也没有轻微的爆炸声。金属钾与水发生反应时由于可以收集到纯净的氢气，氢气点燃时才有爆鸣声或爆炸声。由此说明教材中所述的实验现象是符合客观事实的，也是完全正确的，确实是金属钾表面生成的氢气达到了着火点以后被点燃而燃烧。实验现象清晰，事实证据充分。 7 实验优点 （1） 利用一次性注射器、两通管、橡胶塞等制作的实验装置，取材容易，制作简单，操作方便，现象明显。 （2） 作为教材实验的补充，可以证明金属钾与水反应生成氢氧化钾和氢气。 （3） 实验装置除了可应用到金属钾与水的反应外，还可以用于金属钠与水的反应和金属钠与乙醇的反应。 （4） 该实验不仅解决了教学中的实际问题，而且还可利用点燃在空中漂浮的气泡的方法，证明钾与水反应生成的气体是氢气，以提高学生的学习兴趣。 参考文献： [1]人民教育出版社化学室编著. 全日制普通高级中学教科书·化学（必修）（第一册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2003： 37. [2]齐俊林， 赵立国. 钾与水反应实验的改进[J]. 教学与管理， 2009， （8）： 74. [3]顾斌. 巧做钾与水反应的实验[J]. 中学化学教学参考， 2004， （4）： 39. |
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