2018年
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星期三 腊月十五
钠在空气中燃烧产生的黑色颗粒究竟为何物

2019-09-18 09:45:18 浏览次数:0 字体:[ ]


朱方仕,李明亮,唐明

(利川市一中,湖北利川 

 


 

1问题提出

笔者按照人教版高一教材(2003年版)钠一节教学时,按演示实验2-2的实验步骤[1],做了钠在空气中燃烧的实验。但观察到的实验现象不仅仅有淡黄色的固体产生,还有大量的黑色颗粒产生。

这黑色的颗粒是什么?


查阅文献[2]得知,普遍认为该黑色颗粒是碳,具体的原因是由于钠与空气的二氧化碳发生如下反应产生:

3CO24Na     2Na2CO3C


而且还用如下的实验进行了验证:

CH2SO4(浓)     CO2↑+SO2↑+H2O

但是,笔者认为这个结论值得商榷,空气中二氧化碳的含量是多少?空气中仅仅含有体积分数为0.03%的二氧化碳,试问如此低的含量怎么会是生成如此大量黑色固体的根源呢?

那么这些反应的二氧化碳来自于哪里?


2实验研究

笔者重新仔细的考虑了实验2-2所用的实验仪器。突然发现一个问题:化学实验中加热的仪器是酒精灯,酒精燃烧要生成大量的二氧化碳,而且实验是在石棉网上进行的,石棉网的透气性能还很好。会不会是这个二氧化碳的原因呢?带着疑问,笔者重新改进了钠在空气中燃烧的实验,该实验能很好的隔绝酒精燃烧产生的CO2

具体的实验现象是:钠先熔化,后剧烈燃烧,发出黄色的火焰,生成了大量淡黄色的固体,存在很少量的黑色颗粒,但是仍然可见该黑色颗粒。

该实验验证了我们的结论,生成的大量的黑色固体颗粒是单质碳,但并不是钠与空气中二氧化碳反应生成的,而是与酒精燃烧生成的CO2反应生成的!

但是,为什么仍然有少量的黑色固体呢?难道这些黑色固体是空气中的二氧化碳的与钠反应生成的单质碳吗?带着这个疑问,笔者又做了如图2的实验。

[实验2]:用碱石灰除去空气中的二氧化碳。


 


实验现象如与图1实验现象相同,仍存在少量但是可见的黑色颗粒。我们可以肯定该黑色的颗粒不是单质碳。因为整个反应体系中不存在二氧化碳。

这微量黑色的颗粒究竟是什么?笔者百思不得其解。

为了找出真相,笔者又重新思考了整个实验装置,化学实验现象往往是由于各种偶然因素造成的。笔者仔细的观察了盛放钠的试剂瓶,终于在标签上有了一个重大的发现:标签上注明了含有的杂质,且杂质中含有少量的铁元素!

这些黑色的颗粒会不会是铁的氧化物呢?

带着这个疑问,笔者做了如下的实验:

[实验3]:将实验2中制得的混有黑色颗粒的淡黄色固体用过量的稀硫酸溶解,发现固体全部溶解,向反应后的溶液中滴加KSCN溶液发现溶液变红!

固体全部溶解说明黑色的颗粒不是单质碳,因为单质碳并不能溶于稀硫酸。滴加KSCN溶液后溶液变红说明在溶液中有Fe3,这个Fe3肯定是来自于黑色的颗粒。

3实验结论

综上所述,该黑色颗粒的成分主要存在以下两种情况:

一、当钠在石棉网上燃烧的时候,由于钠与酒精灯燃烧产生的二氧化碳反应生成大量的碳。所以该黑色颗粒主要成分是单质碳,有少量的铁的氧化物(Fe3O4)。

二、当我们用图1和图2的实验装置进行实验时,此时产生的少量的黑色颗粒状物质应该是铁的氧化物(Fe3O4)。

那么我们在演示实验中如何避免生成大量的黑色颗粒状物质呢?

笔者特意将实验作了如下(见图3)的改进:


该实验改进取自教材中的学生实验[3],具体的操作如下:将黄豆大小的一块钠放入玻璃管的中部(该玻璃管完全可以用破试管替代,可以使废物重新利用。),并用试管夹夹住玻璃管,加热,当钠熔成小球并开始燃烧时,停止加热,将玻璃管倾斜(目的是使空气形成对流)。

该实验完全避开了酒精灯燃烧产生的CO2,生成物几乎全部是淡黄色的固体。实验效果好且明显!

 

参考文献

[1]人民教育出版社化学室编,高中化学第一册(必修加选修).人民教育出版社.200329

[2]朱孝斌.一节脱离轨道的探究课.化学教育,20071):29-33

[3]人民教育出版社化学室编,高中化学第一册(必修加选修).人民教育出版社.2003154


 


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