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标题	钠在空气中燃烧实验的再探究
范文	江智勇++汪斌权 摘要：在文献调研和实验探究的基础上，发现钠在空气中燃烧实验产生的黑色物质不可能是钠与二氧化碳反应生成的炭黑，而是煤油燃烧不充分所生成的炭黑。同时得出实验中淡黄色固体产物少的原因是：反应物钠的用量少、表面的钠在常温或较低温度下生成了白色的氧化钠和副产物炭黑干扰等三方面因素共同影响的结果。在实验改进基础上，找出了此实验生成易观察到的淡黄色固体的关键操作，以及反应的最佳实验条件。 关键词：钠燃烧；过氧化钠；淡黄色固体；实验改进 文章编号：1005-6629（2016）2-0048-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 基础化学实验中的疑难，既有技术层面上的，也有理论（原理）层面上的。尽管见仁见智，但是我们应当承认在这些基础学科领域里，仍然有许多未知需要我们去探究，去认识，去创新。有些过去认为已经解决的问题，其实并未完全解决，尚有探究的空间。 钠在空气中燃烧实验是高中化学中的重要演示实验。苏教版《化学（必修1）》教材有关钠燃烧实验沿用了在石棉网上燃烧的传统方法。人教版只不过把原来在石棉网上燃烧改为在瓷坩埚中燃烧。此演示实验在实际操作中实验现象始终不理想，生成黑色物质较多，生成淡黄色固体较少。作为演示实验，现象不明显甚至反常会严重影响教学效果。为此，笔者对该实验作了深入的文献研究和实验探索，对钠燃烧实验上述现象作了成因分析，并改进了实验装置，取得了很好的实验效果。 1 相关文献调研 笔者查阅了《化学教学》、《化学教育》、《中学化学教学参考》三本中学化学教育类核心期刊。发现有关改进钠燃烧实验的研究性文章在期刊上多有报道。对于同一个实验进行如此广泛、深入、持久的讨论，—方面说明这个实验的重要性，同时也说明这个实验还不成熟，还有不少理论和实际问题没有得到解决，需要我们更深层次的研究。 1.1 产生黑色固体的原因探究 富阳中学董军老师认为，产生黑色物质可能是：用酒精灯作为热源，—方面酒精没有充分燃烧形成细小的炭黑颗粒渗过石棉，导致受热处石棉变黑；另—方面，酒精燃烧致使局部二氧化碳浓度较大，一部分钠与二氧化碳发生反应生成了炭黑。 奉化中学王林兆老师通过实验发现：钠中煤油的残余量对本实验的成败起着重要作用，钠表面的煤油是否被滤纸吸收干净，特别是有无擦干镊子上的煤油，对炭颗粒生成很有影响。但著名特级教师刘怀乐老师撰文怀疑这种观点，认为在钠加热至熔化再燃烧的整个过程中，温度很高，容易挥发的煤油不可能还一直停留在那里等待变黑。 朱孝斌在“一堂偏离轨道的探究课”中提出：产生黑色固体是由于空气中二氧化碳与钠反应生成的碳单质。 1.2 产生淡黄色固体不多的原因探究 查阅相关文献发现，钠在空气中燃烧，产生淡黄色固体不多的原因可归纳为：①钠的用量少，导致反应生成的过氧化钠量少；②石棉网作反应容器所致。石棉网透气性好，二氧化碳与钠反应生成炭黑使淡黄色不明显；③反应温度过高或过低所致。温度过低只生成白色氧化钠；温度过高使过氧化钠分解或散逸到空气中；④过氧化钠的颜色，即使权威著作也众说纷纭，没有统一看法。有学者认为过氧化钠颜色不是淡黄色而是白色，淡黄色是因为含有超氧化钠所致。 2 实验内容 2.1 实验用品与装置 实验用品与药品：六角螺帽（内直径2cm左右）、薄铁板一块（5cm×5cm左右）、镊子、滤纸、酒精灯、火柴、小刀、胶头滴管、金属钠块 实验装置如图1所示，在三脚架上放一块薄铁板，并在铁板中心放上六角螺帽。把钠块放在六角螺帽中并用酒精灯加热铁板。 2.2 实验操作及现象 实验1 取3倍于黄豆粒大小的钠块，尽量擦干表面的煤油和镊子上煤油，放入六角螺帽中，给铁板加热。此时可观察到不规则的钠块缓慢缩成表面为白色固体的球体，约2秒后小球表面有少量黑色物质生成。继续加热，无新现象出现。 实验2 继续用胶头滴管取少量用于保存钠的煤油，少量、多次地滴到六角螺帽的小球上。此时发现煤油燃烧的同时，小球表面的黑色物质增多直到黑色物质覆盖整个小球表面（见图2、图3）。 实验3 另取绿豆粒大小的钠块，也不吸干表面煤油，直接在铁板上加热（不加六角螺帽）至钠开始熔化，立即停止加热，利用余热加热。并用干净的玻棒拨开表面氧化膜，让内部钠与空气充分接触。冷却之后，再次用酒精灯加热，此时，看不到火星，更没有—点儿淡黄色固体生成，铁板上只有黑色物质生成。 实验4 另取3倍于黄豆粒大小的钠块，尽量吸干表面的煤油及镊子上的煤油，放入六角螺帽中加热铁板至钠块完全熔化。用镊子取走六角螺帽，此时，钠球会四处流散开来，由于铁板处于较高温度，内部的钠冲破表面氧化膜与空气接触，冒出红色火星，剧烈燃烧，生成大量淡黄色固体。固体形状各异，有的呈珊瑚状，有的像一朵淡黄色的小菊花（见图4、图5）。 2.3 实验解释及结论 实验1结论：钠是极活泼金属，在取钠、切钠、吸干煤油、加热熔化等实验操作过程中，表面的钠与空气中氧气反应生成氧化钠。查资料可知氧化钠的熔点为1132.0℃，而钠的熔点只有97.72℃。故钠块在加热时，先熔化成小球，但外面有致密的氧化膜包裹，内部液态的钠不可能与空气中二氧化碳或酒精燃烧生成的二氧化碳直接接触反应。故此时生成的黑色物质不可能是钠与二氧化碳反应生成的炭黑。 实验2结论：刘怀乐老师认为煤油易挥发，不可能是煤油燃烧不充分所生成的炭黑。但笔者认为加热过程中煤油应先燃烧。实验2不仅证实了煤油确实会燃烧，而且黑色物质即为煤油燃烧所生成的炭黑。 实验3、4结论：实验中得不到或很少得到淡黄色固体的原因是多方面的。但笔者通过实验认为主要有三个原因：首先是钠的用量太少导致生成淡黄色固体少，使现象不明显；其次是表面的钠在常温或加热过程中于生成了白色的氧化钠，故生成淡黄色固体的量更少了.最后是黑色的炭黑、白色的氧化钠对淡黄色固体颜色的干扰所致。 2.4 钠燃烧实验的最佳实验条件 搞清楚黑色物质的成分和影响生成物颜色的原因之后，就可以总结出得到大量淡黄色固体的最佳实验条件了。具体见以下五点。 （1）实验装置必须改进，因为石棉网上做钠的燃烧实验，体系过于敞开，导致燃烧过快，不能很好地控制实验。瓷坩埚不仅没有弥补上述缺点，还会引起受热不均而炸裂。由上述实验可知，铁板和螺母作反应容器是不错的选择。螺母不仅能把熔融的钠球很好地固定下来，可以清楚地、持久地观察到氧化膜以及反应进程，还避免了反应物与二氧化碳直接接触，同时符合演示实验装置简单、操作简便、现象明显、安全环保、重复使用等优点。 （2）加大金属钠的用量。用量为原来绿豆粒大小的4至6倍（实验绝对安全，不像瓷坩埚会炸裂），增加淡黄色固体的生成量，可使现象更明显。 （3）改用更柔软、吸水性更好的纸巾尽量吸干钠表面的煤油，虽然不能完全吸干，但可减少炭黑的干扰。 （4）尽量切去钠表面的氧化膜，减少氧化钠颜色对过氧化钠颜色的干扰。 （5）铁板的温度不能太低，一般用酒精灯加热25秒左右，铁板温度控制在300℃至400℃。如果温度太低，当取走螺母时钠不会冒出火星，不会燃烧，使实验失败。如果取走螺帽时，钠球冲破氧化膜冒出火星，剧烈燃烧，此时撤去酒精灯，一定能生成较多淡黄色过氧化钠固体。
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