鈉與水反應實驗現象剖析

2021-07-11 12:23:27 字數 2135 閱讀 6672

我很贊成前一種見解,教學中可以設計以下兩個實驗來作證:

實驗一將飽和食鹽水(增大密度)與1∶1的鹽酸等體積相混和後注入500ml燒杯中(2/3體積),然後放進乙個雞蛋。雞蛋在這樣的液體中是浮面的,反應生成的co2驅動著雞蛋緩緩游動。

實驗二用紗布把5-10顆鋅粒固定在乙隻桌球表面,投入稀鹽酸中,桌球在液面上漂遊情況與鈉在水面上游動情況,似乎一模一樣。

3.燃燒現象與**過程分析

如前所述,漂浮在水面上的鈉,在與水反應產生氫氣的同時,儘管沒有燃燒,那裸露在空氣中的那部分鈉,無疑會有較多的na2o和少量na2o2生成,並立即跟水反應生成naoh。

最初 2na+2h2o=2naoh+h2↑+q1

na溶化後 4na+o2=2na2o+q2

(燃燒前) 2na2o+o2=2na2o2(少量)+q3

na2o+h2o=2naoh+q4

2na2o2+2h2o=4naoh+o2↑+q5

以上均係放熱反應。鑑於h2的自燃點高達585℃,因此首先著火的不是h2,而是na:

在繼na著火之後,立刻就是h2被鈉焰點著,呈現na,h2同時在空氣中燃燒的情況。

與此同時,na燃燒生成較多的na2o2與水反應生成o2

2na2o2+2h2o=4naoh+o2↑

當反應生成的o2與h2在它的**極限以內就形成**性混合氣體,在鈉球附近產生斷續的叭叭**聲。

可見,鈉與水反應的燃燒現象,不僅有鈉在燃燒,也有氫氣在燃燒,而且是鈉球先著火再引燃氫氣;鈉與水反應的斷續**現象,則主要是na2o2與水反應生成的氧氣與鈉跟水反應產生的氫氣混合後被點火引起的。

讀者應當充分注意到,這種燃燒和**,總是受鈉球上方空氣中o2的量所制約的。當鋼球上方的空氣被氫氣趕走到極稀少時,這種燃燒將難於進行,**更是無從發生。由於許多實驗者總是習慣在燒杯內做鈉與水反應的實驗,因此,水面上方的空氣被反應生成的氫氣(或水蒸氣)趕走的量總是很有限的,所以鈉與水反應的燃燒和**現象是必然的。

如果創造乙個無氧環境,讓鈉在惰性氣氛或其他還原性氣氛中只與水反應,這種燃燒與**就無從發生了。下面兩個鈉與水反應的實驗,就是為達到這一目的而設計的。

實驗一取乙隻集氣瓶,用排水法收集約三分之二體積的n2(用飽和nh4cl與nano2混和液加熱製備)。餘下的水留作跟鈉反應。在這種惰性氣氛中,鈉只跟水反應。

投入水中的金屬鈉哪怕大如蠶豆,也只見鈉跟水激烈反應被熔化成鈉球,在水面游動,從未發現有燃燒和**的現象發生。

實驗二如圖所示,在盛滿水的u形管的左邊管口投入一顆黃豆大小的金屬鈉,並迅速用橡皮塞緊塞管口。這時也只見鈉與水劇烈反應被熔化成鈉球,產生的氫氣把管內的水排入燒林內。實驗非常安全,也從未發現有燃燒和**的現象發生。

實驗也表明,僅僅靠na跟水反應產生的熱就足以使金屬鈉熔化。

實際上在課堂演示中,要給鈉與水反應創造乙個無氧(或缺氧)的環境的實驗方法極為簡單:取乙隻小試管,先注入1~2ml水,再放入一小塊金屬鈉。鈉與水反應產生的h2將迅速趕走管內的空氣。

這時既無空氣中的o2,更沒有na2o2跟水反應產生的o2,燃燒和**將很好地被消除。我們經多次重複實驗,均無一例有燃燒和**現象。因此,從實驗安全的角度上講,鈉跟水反應的實驗在試管(特別是較小的試管)中進行,比在燒杯中做要安全得多,而且便於觀察。

4.是白煙,還是白霧

鈉與水反應時水面上方瀰漫的「白色物」,是煙,還是霧,抑或是既有煙又有霧的白色煙霧?究其化學成份,是na、na2o2,naoh,或者是其他什麼的。這些都是尚有爭議的問題。

為了證實這白色物的大體成分,以下幾個簡單實驗應當說是很有說服力的。

實驗一在盛有水的上方罩上乙個較大的漏斗,漏斗內壁上貼幾張濕潤的紅色石蕊試紙或酚酞試紙。當把金屬鈉投入燒杯中,鈉與水反應生成的白色霧樣一般不致使這些指示劑顯色。偶見指示劑(試紙)上有少數顯色斑點,這顯然是鈉與水激烈反應-燃燒和**時飛濺在試紙上的鹼液引起的。

特別是反應停止後,這些尚未消失的濃濃白色物,無論對何種酸鹼指示劑均不起作用。

實驗二在課堂演示中,我是讓鈉在集氣瓶中跟水反應,生成的白色物濃濃聚集,用貼有潤濕紅色石蕊試紙的蓋玻片蓋住集氣瓶口,或用載有酚酞試紙的玻璃棒在白色物樣中檢測,均未發現指示劑顯色。

實驗三我們選鐵絲、玻棒,瓷片,木炭中的任何一種,在酒精燈焰上先燒成紅熱狀態,再迅速跟冷水接觸,立即產生相似的白色物樣。

因此,我們完全有理由斷定這些白色物主要不是煙(鈉和鈉的化合物),而是由水蒸氣凝聚而成的白霧。

鉀跟水反應的情況與鈉跟水反應的情況十分相似。

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