时间：2022-09-25 06:35:00
文章编号：1005－6629(2008)10－0007－03中图分类号：G633.8文献标识码：C
现行的三套高中化学教材（苏教版、鲁科版、人教版），都设有钠在空气中燃烧这一实验。该实验新奇有趣，火、烟、声、色俱全，能较快地吸引学生的注意力，激发学习兴趣，调动学习化学的热情。其中，人教版高中《化学1(必修)》(2007年3月第3版)第48页简述如下：“钠受热后，与氧气剧烈反应，发出黄色火焰，生成一种淡黄色的固体――过氧化钠Na2O2。”并附有图片。
在蒸发皿里重做这一实验。具体现象如下：
①加热片刻，钠开始熔化成一个银灰色的小球，小球表面出现一层黑色薄膜；稍后薄膜破裂，液态钠流出，并迅速燃烧，黄色火焰，同时伴有大量白烟。
②在钠加热熔化至燃烧的整个过程中都有较多的黑色物质出现。随着温度的降低，绝大部分黑色物质发生变色现象，由黑色逐渐变成巧克力色、橙黄色,最后变成淡黄色。
③冷却到室温时，生成的淡黄色固体周围有少量的黑色物质（如图1）。
按照教材的说法，钠在空气中燃烧应“生成一种淡黄色的固体――过氧化钠Na2O2”。那么，实验中为什么会出现系列变色现象？为什么在燃烧的产物中会有一些黑色物质？黑色物质又究竟是什么？
１ 探究变色现象
依据钠燃烧时，出现系列颜色变化，冷却到室温时又变成淡黄色。提出假设如下。
假设：
钠燃烧过程中出现的黑色、巧克力色、橙黄色……的物质，是不同温度时的过氧化钠。
实验一：加热Na2O2
在蒸发皿中放适量的淡黄色过氧化钠粉末，用酒精灯加热[1]。
实验一现象：
①随着温度的升高，淡黄色粉末的颜色逐渐加深，出现系列变化，由淡黄色――橙黄色――巧克力色――黑色；（如图2）
②加热至沸腾时有少量气体产生。反应结束后蒸发皿中有白色固体生成。
由此可见，加热过氧化钠粉末到熔融态时，发生的变色现象，与钠在空气中燃烧及冷却到室温，发生的系列变化：颜色相同，顺序相反。
资料验证：
①B.涅克拉索夫著《普通化学教程》下册712页:
“很纯的Na2O2是无色的,但是出售的成品通常带有淡黄色(当加热时颜色更深)”。
②《化学辞典》第284页：
“Na2O2，黄白色粉末，加热时变黑，熔点460℃（分解）”。
③ “Na2O的沸点是1277℃”[2]。
小结：实验和资料都有力地说明，钠在空气中燃烧时出现的黑色(绝大部分)、巧克力色、橙黄色……淡黄色物质，正是不同温度时的过氧化钠本身。
２ 探究黑色固体
钠在空气中燃烧后的产物,绝大多数是淡黄色固体过氧化钠，但其中仍有极少量的黑色物质，这黑色物质究竟是什么？
查阅资料：
①《无机化学》第14章氮族元素：
氮气的化学性质很稳定，第IA族的金属除锂外都不直接与氮气作用。
因此，黑色固体不是钠与氮气反应生成。
②钠是否有与二氧化碳反应的可能？
根据“钠燃烧池中， 钠燃烧温度为400～1000℃之间[3]。” 设计实验如下：
实验二：钠在二氧化碳中的燃烧
①向圆底烧瓶中通入经饱和NaHCO3溶液洗涤、浓H2SO4干燥的二氧化碳气体。
②验满后，把一块用滤纸吸干煤油并切除表面氧化层的黄豆大小的金属钠，放进干燥烧瓶的底部。
③先用酒精灯预热，再加热。（如图3）
注:
・验满：用燃着的火柴检验双孔橡皮塞上长导管排出的气体。
・为获得较高温度，没有垫石棉网。
・在加热和燃烧的过程中，为了使较多的二氧化碳参与反应, 减少O2的干扰，需持续通入干燥纯净的二氧化碳。
实验二现象：
①钠熔化成小球,表面有一层灰白色的薄膜。用瓶中通入二氧化碳的玻璃管戳破薄膜，银白色的液态钠迅速流出并剧烈地燃烧，黄色火焰，瓶中充满白烟。
②反应结束冷却到室温时，烧瓶底部有较多的黑色固体物质，瓶壁上附满白色粉末(如图4)。
③无淡黄色固体生成。
实验三（步骤及现象）：产物的检验
①取适量实验二烧瓶壁上的白色粉末放入试管中，加水振荡；
现象：粉末溶解，无气体产生。
加入澄清石灰水；
现象：澄清变浑浊。
滴加稀盐酸；
现象：浑浊变澄清，并有气泡产生。
由此证明，产物中有碳酸钠。
②向实验二烧瓶中加一些蒸馏水，振荡；
现象：黑色固体物质不溶。
③把经洗涤、过滤、干燥的黑色固体放入烧瓶中，加入适量浓硫酸；
现象：黑色固体不溶。
④加热此烧瓶。 现象：有一股淡淡的刺激性气味的气体产生。
⑤把此气体通入浅红色的酸性高锰酸钾溶液。
现象：浅红色变为无色。
由此证明，产物中有碳单质。
以上实验证明：钠能与二氧化碳反应生成碳酸钠和炭。
分析说明
由于钠在空气中燃烧时，生成的黑色固体极少。限于条件，笔者无法进一步做出准确检测。
这里从“钠在二氧化碳中燃烧时，烧瓶底部生成较多的黑色固体炭”，大胆推测：钠在含二氧化碳较少的空气中燃烧时，也有可能生成极少量的黑色固体炭。
至于“炭”的来历，可以尝试着解释如下：由于空气是流动的，低含量的CO2会绵绵不断的与高温下的钠反应，这样就会“聚少成多”，逐渐生成极少量的、可见的黑色固体――炭。
小结：实验可以说明，钠在空气中燃烧时，生成的极少量黑色固体，很可能含有单质碳。
（以上分析说明比较粗浅，敬请批评指正，同时希望能起到抛砖引玉的作用。）
结论
(1)钠在空气中燃烧，过程中出现的变色现象：黑色、巧克力色、橙黄色……淡黄色，是过氧化钠本身在不同温度时的颜色。
(2)钠在空气中燃烧，能与二氧化碳反应生成碳和碳酸钠。
(3)钠在空气中燃烧，产物中出现的极少量黑色固体，可能含有单质碳。
(本文在实验和成稿过程中得到了华东师范大学王程杰教授的指点和帮助，在此深表感谢！)
参考文献：
[1]刘怀乐.关于“Na在空气中燃烧”实验的教学研究[J].实验教学与仪器.2005,(4): 3-5.
[2]王庚寅等编.物质燃烧学[M].廊坊：中国人民武装警察部队专科学校训练部，1984:291-292.
[3]徐丽，李禾.监测钠燃烧池温度的微机系统[J].核工业自动化.2000,(3):38-39.