钠和硫反应实验的微量化设计_贾同全

1、钠和硫的反应是高中化学中的重要反应,是讨论钠和硫性质的重要特征反应。但由于该实验操作的危险性和特殊性,现行高中教材中(新人教版、新苏教版、新上科版都没有介绍该实验操作。旧人教版也只是强调了“钠与硫化合时甚至发生爆炸,生成硫化钠”这一信息。笔者在互联网上也看到了关于该实验的一些设计,如将钠和硫放入坩埚中加热、将钠和硫各取少许放入研钵中一起研磨、将钠与硫蒸气反应等操作。由于钠和硫发生反应时很剧烈、火花四射,以上操作都很容易伤人而且污染环境。同时,以上操作都是在实验结束后验证反应产物。1 原理与分析钠的化学性质很活泼,能跟很多非金属直接化合。钠和硫在微热、点燃和研磨条件下很容易发生反应,反应时很剧烈

2、,甚至发生爆炸,生成硫化钠。为此,可采用钠与水的反应引发该反应1,因为钠与水反应会放出大量的热,可使钠融化为闪亮的小球。若滴入少量的水,放出的热量可使未反应水挥发掉,同时又能为钠与硫的反应提供条件,2Na+S Na 2S。由于该反应很剧烈易爆炸,容易伤人和污染环境,可考虑反应在密闭系统内进行微量反应2。该反应后的产物可用醋酸铅溶液来检验,因为硫离子与铅离子可生成难溶性的硫化铅黑色沉淀。2 仪器与改造2.1 实验用品1.25 L 透明可乐瓶2个,铁架台(带铁夹、铁圈,长胶头滴管,3号单孔橡胶塞一个,6 cm 短颈漏斗一个,石棉绒一小块,细小试管一个,厚壁透明气球一个。金属钠,硫粉,蒸馏水,醋酸铅

3、溶液,碳酸钠溶液等。取2个1.25 L 透明可乐瓶,将其中一个的离底部三分之一处剪掉,变成一个无底的可乐瓶(如图1。将另一可乐瓶的底部用剪刀打上几个孔洞,其中中间一个孔洞比小试管的直径略小(如图2。图1 无底可乐瓶 图2 可乐瓶底打孔切取一小块绿豆粒大小的金属钠,去掉氧化膜,用滤纸吸净其表面的煤油,再用小刀切成更小的碎片,然后在钠的表面覆盖少量(约半药匙硫黄粉(防止钠被氧化,备用。取底部打有孔洞的可乐瓶倒置于铁架台铁圈上,然后将盛有10 mL 醋酸铅溶液的小试管固定于中间的孔洞上,再将铺有石棉绒的普通漏斗伸入小试管中固定,并迅速将钠与硫粉的混合物平铺在石棉绒上。取另一无底的可乐瓶迅速套装在固定

4、有漏斗和试管的可乐瓶底部上(可乐瓶底部稍细套装并不困难,再将带有胶头滴管(内有少量水不要使其滴出的橡胶塞塞紧于无底可乐瓶的上口部。最后将盛有10 mL 碳酸钠溶液的厚壁透明气球套紧于底部可乐瓶的口部(如图3。钠和硫反应实验的微量化设计贾同全(肥城市第一高级中学,山东肥城 271600摘要:研究发现国内各版本教科书都因实验操作的危险性,对钠和硫反应实验的设计及操作未有涉及。文章从实验的安全性考虑,提出了微量化、绿色化设计,并巧妙地验证了反应产物,给出了一体化的实验设计。关键词:全封闭式制取装置;微量化;绿色化学;资源再利用文章编号: 10056629(20128004702 中图分类号: G63

5、3.8 文献标识码: B创新设计实验研究 通气孔用于固定 试管的孔图3 钠和硫反应实验装置图mL 醋酸铅溶液3-5 个气孔10mL 碳酸钠浓溶液(下转第50页亚硫酸试剂。将二氧化硫通入碱性品红水溶液中直至褪色,备用。2.3 实验装置图2.4 操作步骤(1按装置图组装好仪器,检查装置气密性。(2向弯头试管中加入25 mL无水乙醇,放入螺旋状的铜丝,在靠近管口的地方放入一颗蓝色硅胶,塞上带导管的胶塞,导管末端插入盛有1 mL希夫试剂的小试管中。(3用酒精灯加热铜丝,铜丝逐渐变黑,3 min 后,由于弯头试管导热,乙醇挥发加剧,乙醇蒸气与热的铜丝接触,左侧铜丝由黑变红,向右移动酒精灯继续加热铜丝,整

6、段铜丝全部变红。(4用洗耳球通过针头缓慢鼓入空气,红、热铜丝遇空气后又会变黑,产生黒、红交替变化现象,同时不断有气泡从小试管中冒出,鼓入的空气将产物乙醛带入检测体系,希夫试剂逐渐变为紫红色。同时试管口有水雾生成,变色硅胶颜色变浅,最后变为粉红色,说明有水生成。实验结束,熄灭酒精灯。(5另取三支试管,向其中各加入1 mL希夫试剂,再分别滴加2滴乙醇溶液、乙醛溶液、乙酸溶液,振荡、观察,比较。步骤(4中希夫试剂显色说明实验过程中有乙醛生成。2.5 结论(1乙醇、乙酸难使希夫试剂显色,乙醛可使希夫试剂显色;(2 由希夫试剂显色及蓝色硅胶变粉红色等现象,可以说明:在铜的催化作用下,乙醇被空气中的氧气氧

7、化,生成物为乙醛和水。3 改进实验方案的优点(1装置简单,材料易得,操作简便,现象明显,成功率高。(2更改了产物的检验方法,使产物检测更加直观,帮助学生理解有机化学反应的断键规律。还可以更换其他检测试剂达到相同的实验效果。(3将教材中的开放体系改为一个相对封闭的体系,可重复实验,实现了实验的绿色化,不仅适合于课堂演示,而且也适合学生分组实验。(4利用此套装置还可完成铁与水蒸气的反应、石蜡油分解实验7等高中课本实验。参考文献:1王金龙,鞠东胜.乙醇脱氢生成乙醛实验的再研究J.化学教育,2010,31(3:6364.2王金龙,鞠东胜.乙醇氧化脱氢实验的深度研究J.化学教育, 2010,31(6:6

8、263.3袁东霞,郭宝峰.以粉笔为载体的几则高中化学实验改进J.化学教育,2010,31(9:724周改英,沈建忠.乙醇催化氧化产物检验方法的新设计J.中学化学,2011,(5:23.5李先栓.铜催化氧化乙醇生成醛的反应机理J.化学教学, 2011,(9:4546.6王美志.乙醇催化氧化实验的改进J.化学教学,2011,(9: 4344.7刘文芳,刘菲,霍继辉.石蜡油分解实验的改进J.化学教学, 2011,(11:41.创新设计实验研究铜丝乙醇针头套管变色硅胶注射器针头希夫试剂3 操作与现象轻轻挤压顶部胶头滴管的胶头,缓慢滴入一滴蒸馏水。可看到钠与硫剧烈反应,火花四射,并带有爆炸性的火光和声音。反应停止后,继续向普通漏斗中滴加蒸馏水,可看到小试管中有黑色沉淀产生。4 理念与改进(1该设计采用微量化设计,节约了试剂且现象明显。(2该反应在密闭系统中进行,避免了剧烈反应对人体的伤害。同时,产生的少量二氧化硫气体被碳酸钠溶液吸收减少了污染性气体的排放,体现环保意识,绿色化学精神。(3该装置运用了废弃的可乐瓶,体现资源再利用,培养了师生变废为宝充分利用现有资源的学习生活意识。(4盛有碳酸钠溶液的厚壁气球在该实验中既充当了容器盛放试剂,又