利用注射器设计检验钠与水反应生成气体实验

摘要

教材中钠与水反应生成气体实验存在产生气体较少、持续燃烧时间太短等问题。另外，较少的气体中还混有水蒸气。利用注射器检验钠与水反应生成气体的操作非常方便，因此在综合分析文献中基于注射器的实验改进优缺点基础上，创新设计了基于注射器检验钠与水反应生成气体实验，具有气体产生多、操作方便和安全可靠的优点。

Graphical abstract

关键词

检验钠与水反应 / 生成气体 / 注射器 / 设计 / 实验改进 / 实验创新

在利用注射器检验钠与水反应生成气体实验中，注射器可以作为反应容器并储存气体，且在注射器出口处以点燃方式验气非常方便^［1］。

1 问题的提出

对于检验钠与水反应生成气体实验，从安全角度考虑，通常取用绿豆粒大小的金属钠，而这会导致产生较少的气体^［2］。改用点燃法检验较少的气体时，存在一闪即逝的情况，师生难以清楚地观察到燃烧现象，甚至出现了未等点燃气体就用尽气体的现象。在用吹肥皂泡法检验气体时，较少的气体很难吹起肥皂泡。

如何利用注射器进行实验，从而产生较多的气体呢？任有良^［3］较早开始使用注射器检验钠与水反应生成气体，使用可溶性药物胶囊装钠后再将其放入注射器中，这一改进措施虽然很有创意，但胶囊溶解时间不易控制，且存在操作不便的问题。还有研究者采用滤纸包裹钠块或吸取煤油等方法。然而，在实际操作过程中发现上述方法仍然存在不足之处。例如：先放金属钠，必然会腐蚀塑料注射器和橡胶活塞；加入钠后，很难排净注射器内的空气；为了实验安全，钠的用量较少，导致产生的气体较少，从而不方便进行气体检验操作；如果吸水时不小心吸入了空气，那么注射器内产生的氢气会与空气混合，如此一来在点燃时就会在注射器内产生爆燃现象。

2 实验设计思路

在综合研究文献中诸多方法优缺点的基础上，创新设计实验的思路有如下几点。

（1） 使用注射器作为该实验所用装置的重要配套部件，一方面确保实验取得成功，另一方面克服上述改进的不足。

（2） 改操作步骤为：先装钠再吸水，做到钠水分离（用两块球形小磁铁将钠封闭在一小段硅胶管内）。注意：当排尽注射器内的空气后必须立即把针口堵住，以防止漏气。

（3） 先在注射器外用磁铁吸引注射器内的球形小磁铁，再打开硅胶管，使硅胶管内的钠与水接触而发生反应。因为钠与水接触时注射器内没有空气，所以可以据此增大钠的用量（3枚绿豆粒大小），即可生成足够多的气体，从而便于进行气体检验操作。

3 实验器材和装置

3.1 实验用品

金属钠、镊子、小刀、滤纸、玻璃片、大烧杯、酒精灯、火柴或打火机、100 mL注射器，另外准备两块直径10 mm以上的圆柱形或方形钕磁铁。

3.2 球封硅胶管的制作

选取一根内径4 mm、外径6 mm硅胶管，截取其中7 mm的一小段，注意硅胶管切口要确保平整；选取直径6 mm的球形钕磁铁2块，用两块球形小磁铁分别堵在硅胶管两端，此时在强磁力作用下，球形小磁铁会把金属钠密封在硅胶管内，如图1所示。以上器材网上有售，具有价格低廉、耐热耐腐蚀的优点，可以反复使用。

3.3 实验装置

检验钠与水反应生成气体的实验装置如图2所示。4　实验操作要点及实验现象

（1） 夹取金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切割3枚绿豆粒大小的钠块；小硅胶管管口向上放在玻璃板上，夹取绿豆粒大小的金属钠块放入硅胶管中，再用镊子压实；用两块球形小磁铁封住硅胶管的两端，两块球形小磁铁的相互吸引使金属钠块被密封在硅胶管内。

（2） 抽出注射器活塞，将“球封硅胶管”放入倾斜的注射器内，塞好注射器活塞，再将活塞推到接近“球封硅胶管”处；利用注射器从大烧杯中吸水约20 mL，将注射器针头向上排出注射器内的空气，随即将注射器针头插入胶塞中并堵住针口。

（3） 注射器平放在桌面上，将两块较大的钕磁铁分别靠在注射器两侧外壁上，吸引注射器内的球形小磁铁，两块球形小磁铁从硅胶管两端脱离；此时观察到金属钠接触水后脱离硅胶管，浮到水面上，四处游动，注射器内气体逐渐增多；轻轻摇动注射器，直至钠完全反应为止。

（4） 取下针头上的胶塞，使针头以斜向上的方式移近酒精灯火焰，推动注射器活塞，用点燃法检验生成的气体，能观察到气体安静地燃烧3 s；或将针头向下，排出注射器内的水后，采用吹肥皂泡的方式形成气泡，随后点燃飘起的肥皂泡以检验生成的气体。

5 实验装置优点

（1） 新设计的实验，采用两块球形小磁铁将金属钠封闭在7 mm的硅胶管内，使钠与外面的水隔绝；在注射器外壁用两块磁铁相互吸引，从而打开硅胶管；随即，钠与水接触反应，但钠不会接触到空气，实验非常安全。

（2） 可以选用多枚绿豆粒大小的金属钠，能生成足够多的气体，确保检验气体的成功。

（3） 硅胶管和球形小磁铁网上有售，材料易得，价格低廉，且硅胶管和球形小磁铁具有耐热耐腐蚀的优点，可以反复使用，易于推广。

（4） 设计方法来源于生活，装置简单，学生一看就懂，操作方便，能给学生启发，从而培养其创新意识^［2］。

参考文献

[1] 刘玉荣，王阳.钠与水反应的改进实验综述及新设计［J］.化学教学，2018（12）：75-80.

[2] 陶慧玲.检验钠与水反应生成气体的创新设计［J］.实验教学与仪器，2021，38（11）：44-45.

[3] 任有良.也谈钠跟水反应的实验改进［J］.化学教育，1993（04）：43-44. （上接第81页）

[4] 改进优点

[5] 市售的 2 B铅笔芯原料易得，且可直接使用，无须烘干等处理，有利于激发学生实验探究的兴趣和热情。

[6] 实验装置简单，操作简便，可大幅缩减演示实验时间，提高课堂效率，并适用于学生分组实验。

[7] 实验现象明显，可视化好，成功率高。

[8] 对比棒状 2 B铅笔芯与粉末状2B铅笔芯的实验效果，有利于培养学生从多个视角进行实验探究，具有教学的启发性和创新性。

基金资助

深圳光明区2022年度课题“双减背景下促进学与教的初中化学作业设计实践研究”(GMYB202246)