汪卸龙
浙江省衢州市龙游县塔石中学 浙江 衢州 324405
摘要：分析钠单质与氯气反应演示实验的不足和研究现状，创新设计利用石英坩埚进行钠单质与碘单质在一定条件下的反应装置，可以实现操作方便、污染小、反应现象明显等，适合开展课堂演示实验和学生分组实验。
关键词：表面皿；钠单质；碘单质；60毫米石英坩埚；科学本质；
一 问题的提出
1.1教材实验分析
初中科学课程是一门对科学本质的认识为基础、以提高学生科学素养为宗旨的综合课程。科学的本质特征是探究。在科学教育中，应给学生提供充分的科学探究机会，让学生通过手脑并用的探究活动，更深刻地理解科学知识，更好地掌握科学方法。浙教版八下科学课程第二章第三节在讲解带电的原子——离子时,布置了一活动，如图1所示，
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在实际课堂教学中，制备氯气的装置复杂（如图2）、耗时较长、并且氯气有毒且容易逃逸扩散，在通风条件较差的教室里做演示实验，显然会造成环境污染，更别说学生分组探究实验对环境污染造成的影响；实验过程中，操作比较麻烦，特别是把含有点燃钠单质的燃烧匙放入圆底烧瓶中时，由于加热形成的对流，会有一定量的氯气逸出；还有实验结束尾气处理也很难，如在圆底烧瓶内没有参加反应的氯气会逸出等。鉴于以上多数教师因为制备麻烦、容易造成污染，特别怕出现意外，于是大多以观看实验视频代替演示实验和学生探究实验，这显然不能让学生形成深刻的感性认识和引发深度思考，很大程度上影响到学生学习科学课程的积极性和能动性。所以寻找更易操作、取材方便、污染较小、现象明显的实验创新就势在必行。
1.2 研究现状及分析
一直以来，一线教师及专业研究人员不断对该实验进行创新改进和优化，取得了一定的成效，如有教师把钠单质研碎成细小的颗粒放在石棉网上直接和氯气反应，无需加热，能观察到钠在氯气中剧烈燃烧，冒出一定量的白烟，实验现象比较明显，但实验操作过程还是复杂，如氯气的制备及钠单质的研碎成细小颗粒比较难（氯气容易逸出造成污染、钠单质易在空气中被氧化）等弊端。也有教师利用钠单质和碘单质反应，如图3所示。
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该实验利用碘单质易升华、熔沸点较低等性质，实验中现象明显，排除了氯气易逸出的弊端，但按照如图进行实验，装置也复杂，并且发现大试管中加入钠单质直接加热很容易使大试管受热不均匀而发生炸裂。实验刚开始时，钠单质容易和空气中的氧气反应，发生变质有黄色固体生成，大约1分钟左右碘单质才开始升华，紫色的碘蒸气先从小试管中逸出再下沉与钠单质反应，小试管上半部分内部有大量碘单质凝华，造成浪费，并且对实验结论造成干扰；大试管口上盖的小烧杯（为减少碘蒸气逸出）也有一部分碘凝华而造成浪费。因此该实验中钠单质和碘单质用量都比较大，并且只有大试管底部可以观察到微弱的现象，甚至需要在亮度较暗的环境中才有可能看到反应的现象。当然上述的实验改进虽然还存在不少缺陷，但其设计思路和发散性思维，为后续对该实验的创新设计和研究提供了学习资源和借鉴。
1.3 装置的改进和创新
针对教材实验和相关教师、文献实验研究中的不足，确定本次实验创新的主要原则是：装置密封性良好、药品用量少、操作方便、现象明显、对环境污染少、反应时间更长、便于师生观察，适合开展课堂演示实验和学生探究分组实验。
经过多次实验选择，发现用60毫米石英坩埚，采用直接加热方式，可以观察到钠单质和碘蒸气的动态反应过程，即紫色碘蒸气逐渐变为白色的烟，实验现象明显，能达成较好的效果。
二 实验过程及现象
如图4所示，
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在60毫米石英坩埚中加入2-3粒绿豆大小的金属钠单质和1粒碘单质，用合适的表面皿作盖子（应该刚刚好盖上，避免碘蒸气的逸出），用酒精灯直接加热，观察实验现象。
碘单质在加热条件下迅速升华充满整个石英坩埚，过一会儿石英坩埚底部先出现火焰及白烟，然后白烟由底部向上升，最后出现在盖子上，紫色烟雾逐渐变为白色烟雾，当盖子上紫色物质全部变为白色物质时，停止加热，整个过程持续3-4分钟左右，整个变化过程安全、现象明显，持续时间足够长。
从实验结果看，该反应在室温下非常缓慢，需要加热至一定温度（当然加热的时间不会很长）才能达到反应条件，反应过程中现象明显，结论可靠，可以满足课堂演示实验和学生分组探究实验的开展需求。
三 实验优点和结束处理
本设计使用石英坩埚作装置，充分利用碘单质易升华物理性质，避免使用氯气制备过程复杂、装置移动不便、易造成环境污染等不足。利用钠单质熔点低、沸点低，加热容易使钠单质熔化和产生钠蒸气，达到整个实验过程现象非常明显，并且生成白色固体是个动态的过程，便于学生观察和思考。改进后的实验既方便教师课堂演示实验，又可以让学生进行分组探究实验，况且钠单质和碘单质取材方便等。
停止实验后，可以用镊子打开盖子（表面皿），让学生观察本实验的意外收获，即碘化钠的颜色在空气中的变化过程；碘化钠固体迅速由白色变为无色，而且潮解成粘稠状，说明碘化钠具有易吸收周围环境中水蒸气的性质。等待碘化钠完全潮解后，在石英坩埚中加入适量的乙醇，以除去没有参加反应的钠单质和碘单质。补充说明碘单质与钠单质反应的微观机理。如图5所示，
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四 对实验创新的评价
该实验扩展充实了初中科学课程的实验教学资源，为“开齐开足开好”初中科学课程实验探索和实践积累了必要的经验，具有一定的推广和应用价值，还有实验中碘单质的用量应该尽量少一些，以避免紫色的碘蒸气过多产生对实验的干扰。
总之，初中科学课程的实验创新永无止境，没有最好只有更好。吸取前人的研究成果，结合自身日常教学中对遇到问题的思考与探索，就可以对科学实验进行不断创新，包括对实验装置、药品、操作先后循序等进行优化，从而丰富初中科学课程实验教学装备及资源，有效提高科学课程的教育教学质量。另外平时教学中尽可能多开展实验，真正实现实验真做、多做，有利于理论知识直观化、趣味化，有助于培养学生尊重事实、追求创新、用于探索的科学素养，同时也不断提升教师自身的专业素养和创新能力。
参考文献：
【1】朱清时主编.义务教育教科书.科学教学参考书八（下）浙江教育出版社。2020.12
【2】戴立益主编.化学教育.华东师范大学出版社2021.3-4