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钠与酸的反应实验的探究

2021-06-16 11:22 访问量:发布人:未知

  有关钠与酸的反应的实质,大多数的参考书中都主张钠先与酸电离的H+反应,过量的钠再与水反应,原因是酸中H+的浓度大于水中H+的浓度,。但在做实验时发现把Na投入滴有酚酞的稀HCl溶液中,在钠运动过的轨迹上出现红色,振荡后褪去,说明Na在反应过程中有OH-生成,即Na不是完全先与酸电离的H+反应。这与书上所说的矛盾,于是我们决定成立研究小组,研究Na先与水电离的H+还是先与酸电离的H+反应。通过实验观察到了以下现象:

  钠与酸反应的研究实验记录表

  反应金属

  酸的种类

  酸的浓度

  反应速率

  主要反应现象

  钠

  硫酸

  0.1 mol/L

  较快

  在钠球运动的轨迹上出现红色,随后红色变浅,搅拌后褪色。

  1 mol/L

  快

  在钠球运动的轨迹上未出现红色。

  98%

  剧烈反应

  加入酚酞,溶液呈棕黄色,加入钠后出现火焰,有大量无色刺激性气体生成。

  盐酸

  0.1 mol/L

  反应较慢

  在钠球运动的轨迹出现红色,搅拌后褪色。

  1 mol/L

  较快

  在钠球运动的轨迹上未出现红色。

  36.6%

  更快

  加入酚酞,溶液未变色,加入钠生成有刺激性气味的白雾

  硝酸

  0.1 mol/L

  较慢

  在钠运动过的轨迹上出现红色,搅拌后颜色消失。

  1 mol/L

  较快

  在钠球运动的轨迹上未出现红色。

  69%

  十分剧烈

  加入酚酞,溶液变黄,加入钠后,有红棕色气体生成

  磷酸

  0.1 mol/L

  较慢

  在钠运动的轨迹上有淡红色出现

  1 mol/L

  较慢

  在钠球运动的轨迹上未出现红色。

  85%

  很慢

  钠表面缓慢有气泡冒出。

  注:①操作时先加酸溶液,再加酚酞试剂,最后加钠块。

  ②钠反应的共同反应现象不再叙述.

  从现象中我们得出的结论如下:

  一、在钠与的上述酸反应中,均能使滴有酚酞的稀酸变红,但红色是沿着钠与溶液反应的轨道而出现的,由此可以断定钠与稀酸反应时有OH-生成,另外,红色是在钠与溶液反应过的轨迹里先变红,再逐渐减淡,至振荡后红色消失,由此可以证明钠并非开始就生成OH-而是与周围酸电离的H+先反应,待完全后,才与H2O电离的H+反应,OH-生成,溶液变红,而此时各处的H+又向OH-密集处涌来中和使红色减淡,待振荡后OH-被完全中和,红色消失。

  二、钠与1 mo/L的上述酸反应比0.1 mol/L激烈,但不能使滴有酚酞的酸变红,这说明钠在酸中其周围的H+已是够多来与钠反应,故没有OH-生成。与H2SO4反应亦比与HCl,HNO3的激烈。

  三、钠与36%浓HCl较前面都激烈,并无红色出现;与68%的浓HNO3反应时,反应激烈,有红棕色气体生成,此气体为NO2,则与钠发生氧化还原反应的为N(V)。说明浓HNO3中N(V)氧化性大于H+;在98%H2SO4中滴入酚酞,溶液变为棕黄色,说明浓H2SO4具有氧化性,将酚酞氧化,当加入钠后,先急剧反应,随后出现火焰,并有刺激性气味气体──SO2生成,可知,H2SO4中参加氧化还原反应的是S(VI);当钠投入85%的浓H3PO4时,钠反应十分缓慢,且在一处不漂移,用滴管加入少量水时,才间或发生剧烈反应,这是因为浓H3PO4为油状且氧化性弱,使钠只在一处作缓慢反应,当加入少量水后,有水处H+增多,钠接触到便发生剧烈反应。

  后来我们又在化学教科书第二册第130页中看到乙醇能与钠反应生成乙醇钠(CH3CH2ONa)和H2,说明Na不仅能与离子反应,而且能与分子反应,那么钠能否与水分子反应呢?于是我们又设计以用NaOH溶液与钠的反应,通过实验,观察到下列现象:

  pH

  反应现象

  NaOH

  14

  剧烈反应

  NaOH稀

  10

  剧烈反应

  由于NaOH浓溶液中,H+离子浓度较小,反应如此剧烈,说明钠能与水分子反应。

  那么钠是否时刻与水分子反应呢?我们再次来到实验室,定性地做了一个实验,先取一块厚度均匀的钠块,用细的空心玻璃棒往钠上戳几个洞,然后用细丝将其逐个捅入预先准备的溶液中,测量反应时间,这样能保证每个钠块大小相同,具体情况如下:

  溶液

  H2O

  0.1 mol/L HCl

  0.1 mol/L NaOH

  反应时间

  46秒

  45秒

  45秒

  这说明钠在酸溶液中,与水分子也反应,因为三者溶液氢离子浓度分别相差106倍,如果钠只与氢离子反应,不可能出现反应时间几乎相同的情况。

  通过研究和实验,我们得到下列结论:钠与酸溶液反应并不像书上所说得那么简单,我们认为在钠的周围钠和氢离子与水分子同时反应,当氢离子浓度减小到一定程度,过量的钠才与水分子和水电离的氢离子反应。

  通过这次小课题研究,我们有以下的心得体会:

  1.许多事情表面上看来就像是1+1=2那样简单,但真正地研究探索起来则并非如此。

  2.在实验中,我们也犯过不少错误,在反应剧烈时吓得不知所措,以后还需加强实践。

  3.在研究中,仔细观察实验现象是十分重要的,每一个细小的地方都关系着此次研究,至少是此次实验的成与败。

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