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标题	钠、铝、铁与氧气反应的实验探究及思考
范文	邢泰宇 摘要：按人教版化学教材中铝的燃烧、铁的吸氧腐蚀等实验步骤完成实验，现象不够明显。本探究实验从化学反应原理出发，以钠、铝、铁与氧气反应为例，通过增大反应物接触面积、增大反应物浓度以及升高温度等改进措施，促使化学反应速率加快，反应现象更明显，便于学生观察和理解，提高了教学效果。 关键词：钠、铝、铁与氧气反应；实验改进；实验探究 文章编号：1005–6629（2015）8–0046–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 宋心琦教授主编的人民教育出版社出版的化学教材《化学1》（必修）中加热铝箔的实验[1]，因为铝极易与氧气反应，形成氧化膜保护了内层的铝，使得铝与氧气的进一步反应难以进行，学生对比初中铁在氧气中燃烧的实验，易形成铁比铝活泼的错误印象。《化学反应原理》（选修4）中铁的吸氧腐蚀实验[2]，由于试管中氧气含量较少，反应速度较慢，在短时间内很难看到明显现象，若教师在课堂演示会占用较长时间，影响教学效果。针对以上部分金属与氧气反应的速率较慢问题，本文从化学反应原理角度出发，以增大铝、铁等金属的表面积，增加氧气浓度，适当提高反应温度等措施，改进教材中相关实验。 1 扇风点火——钠的燃烧 1.1 实验用品 钠；镊子、玻璃片、滤纸、小刀、硬质玻璃管、酒精灯、铁架台、硬纸板 1.2 实验过程 ①将两端开口的硬质玻璃管水平固定在铁架台上，如图1所示。②用镊子取出一小块钠，放在玻璃片上，用滤纸吸干表面的煤油，再用小刀迅速地切掉钠表面的氧化层，取一小粒放入硬质玻璃管内。③点燃酒精灯并加热硬质玻璃管，当看到钠变成银白色小球时，熄灭酒精灯，再用硬纸板对着硬质玻璃管管口扇风。 现象：熄灭酒精灯后，用硬纸板扇风，钠剧烈燃烧，呈现黄色火焰，并且扇风的力度不同，黄色火焰的大小也不同，最后生成淡黄色固体。 解释：对硬质玻璃管管口扇风，加快玻璃管内空气流动，提高了钠与氧气反应的速率，使反应现象更剧烈。 1.3 实验设计意图 钠的燃烧实验速率本身较快，但相较于人教版《化学1》第47页实验3-2[3]，“扇风点火”的实验设计可加深学生对钠与氧气反应的感性认识，同时又增强了实验的趣味性。 2 铝的燃烧 2.1 实验用品 铝粉；药匙、滤纸、坩埚钳、酒精灯、含氧气的集气瓶 2.2 实验过程 实验1：①用药匙取铝粉少许置于燃着的酒精灯上方，两者要相隔适当距离。②用另一只手轻拍持药匙的手的手腕，使极少量的铝粉落在酒精灯的火焰上。 现象：酒精灯火焰变大，铝粉剧烈燃烧，发出耀眼的白光。 解释：铝粉与空气的接触面积大，酒精灯外焰温度高，铝与空气中氧气剧烈反应。 实验2：①先将铝粉与适量的胶水混合，均匀涂在滤纸上，晾干备用。②再将晾干的滤纸剪成条状，制成含铝粉的滤纸条，如图2所示。③用坩埚钳夹取滤纸条，在酒精灯上点燃后伸入含氧气的集气瓶中。 现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光。 解释：集气瓶中氧气浓度高，铝粉与氧气的接触面积大，铝与瓶中氧气剧烈反应。 2.3 实验设计意图 铝粉和滤纸是实验室常规用品，只需简单加工就能使用，并且增强了实验效果；使用含铝粉的滤纸条，相比人教版化学1第48页实验[4]，其实验现象给学生感官刺激更强烈。 3 铁的吸氧腐蚀 3.1 实验用品 铁粉、石蕊溶液、饱和食盐水、H2O2溶液、MnO2；具支试管、自制细U型导管、止水夹等 3.2 实验过程 ①按图3组装好仪器[5]。关闭止水夹，向自制细U型导管中加入紫色石蕊溶液，至U型导管右端液面高于左端，观察一段时间后两端液面高度差保持不变，表明装置气密性良好。②将滴有饱和食盐水的含铁粉的滤纸条（制作方法与图2所示一致）放入具支试管中。③打开止水夹，调节U型导管两端液面相平，再关闭止水夹，观察现象。④另取一支具支试管，收集一试管氧气（可用H2O2溶液和MnO2反应制取），将滴有饱和食盐水的含铁粉的滤纸条放入具支试管中，组装好仪器。⑤重复操作③，再观察现象。⑥重复操作③可多次观察现象。 现象：用空气实验，可看到U型管左端液面升高，右端液面下降，短时间内两端有明显液面差；用氧气实验，相同时间内U型管两端液面差比前者大；几分钟后，两实验的滤纸条上都有红褐色的物质产生，都说明了铁吸氧腐蚀的发生。 解释：铁与试管中的氧气发生了吸氧腐蚀反应，减小了试管内气体压强，大气压将U型导管右端的石蕊溶液压到左端，形成液面差。 3.3 实验设计意图 使用自制的细U型导管及紫色石蕊溶液，相比人教版《化学反应原理》第85页实验[6]，液面的升降现象对比明显，便于观察。而且只需要打开止水夹调节液面重新相平，便可多次重复实验，实用性强；用氧气和空气做对比实验，液面差变化快慢和高低不一样，充分说明氧气参与了电极反应；铁粉表面积大，增大了铁与氧气的接触面积，氧气浓度的增大，均加快了铁吸氧腐蚀的速率，实验可在短时间内完成。 以上几个改进实验中，将金属箔片等制成粉末状，增大了金属与氧气的接触面积；加快空气对流或直接增加氧气的浓度，增加了单位体积内活化分子的数目[7]；升高温度，加快了反应物分子的运动，同时增加了活化分子的百分数[8]。这些措施都在一定程度上增加了单位时间、单位体积内反应物分子的有效碰撞的频率[9]，导致反应速率加快。 综上所述，利用身边廉价易得材料，应用化学知识，对教材实验做合理改进，在满足实验的准确性和安全性的同时，又提高了实验的效率和趣味性，是一种不错的尝试。 参考文献： [1][3][4]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2007：47～48. [2][6]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理（选修4）（第三版）[M].北京：人民教育出版社，2007：85. [5]孙旭.新课程高中化学实验全解[M].武汉：湖北教育出版社，2014：158～160. [7][8][9]曹锡章等.无机化学（上册）（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1994：287～295.
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