案例：利用手持技術(shù)測定鈉與水反應(yīng)的熱效應(yīng)

利用手持技術(shù)測定鈉與水反應(yīng)的熱效應(yīng) 朱成東

（合肥六中，安徽合肥 230000）

問題提出：

鈉與水的反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：浮在水面上，熔化成光亮的小球，四處游動(dòng)，滴加酚酞溶液變紅；一般老師認(rèn)為可由此能推出鈉的密度比水小，放熱，熔點(diǎn)低等性質(zhì)。放熱是一定的，熔化成光亮的小球能說明鈉的熔點(diǎn)低嗎？在實(shí)驗(yàn)中鈉與水反應(yīng)的?H是多少？下面我們通過實(shí)驗(yàn)來測量出鈉與水反應(yīng)的?H。理論計(jì)算：

【1】

查數(shù)據(jù)如下

鈉熔點(diǎn)：97.82℃ 鈉沸點(diǎn)：881.4℃ 鈉的比熱：28.15J/(K·mol)

NaOH（aq）標(biāo)準(zhǔn)生成焓：-469.15kJ/mol H2O(l)標(biāo)準(zhǔn)生成焓：-285.83kJ/mol

2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)?H=2(285.83kJ/mol-469.15kJ/mol)=-366.64kJ/mol假設(shè)放出的熱全部被鈉所吸收，則鈉升高的溫度是366.64×1000=6512K2×28.15如果沒有水的冷卻，鈉早已經(jīng)變成氣態(tài)了，所以鈉熔化成光亮的一球不能說明鈉的熔點(diǎn)低，當(dāng)然在切取過程中有可能部分被氧化成氧化鈉，反應(yīng)中也可能有熱量損失。下面我們用數(shù)字實(shí)驗(yàn)來實(shí)際測量一下鈉與水反應(yīng)的?H。測定原理：

用錫箔紙包裹一小塊鈉，用大頭針扎幾個(gè)小孔，用攝子攝住放入水中，測反應(yīng)前后水溫度的變化。實(shí)驗(yàn)儀器及藥品：

金屬鈉、蒸餾水、錫箔紙、電子天平、100ml量筒、攝子、小刀、濾紙、玻璃片、測量中和熱的保溫杯、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器（VENIERLabPro）、計(jì)算機(jī)及其相配套的軟件。實(shí)驗(yàn)步驟：1.如圖所示，先將溫度傳感器連接在數(shù)據(jù)采集器上，然后數(shù)據(jù)采集器再與計(jì)算機(jī)相連，打開LoggerPro3（軟件）；

2.用量筒量取100ml蒸餾水倒入保溫杯，點(diǎn)擊軟件中的采集，測量反應(yīng)前的溫度；

3.用電子天平稱量一小片錫箔紙的質(zhì)量，用攝子取出一塊鈉，擦干表面的煤油，用小刀去除表面的氧化物，取黃豆粒大小的鈉（否則易爆炸）

【2】，迅速用錫箔紙包裹好，在電子天平上稱量質(zhì)量；4.再用大頭針將包裹鈉的錫箔紙?jiān)鷰讉€(gè)小孔，迅速用攝子攝住放入水中，不停攪拌。5.反應(yīng)結(jié)束后，溫度不再變化，停止采集，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理：

水的比熱容為75.291J/mol·℃=4.18J/g·℃

2Na(s)+2H2O(l)=2NaOH(aq)+H2(g)?H實(shí)驗(yàn)序號(hào)123稱取鈉的質(zhì)量（g）0.0800.0530.043蒸餾水體積（ml）100100100反應(yīng)前溫度（℃）12.312.112.0反應(yīng)后溫度（℃）13.813.112.8前后溫度差（℃）1.51.00.8反應(yīng)放出熱量Q=cm?T627.0J418.0J334.4J?H=Q×2MNam×1000kJ/mol-360.5-362.8-357.7?H平均值-360.3kJ/mol實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋：實(shí)驗(yàn)21．從每組實(shí)驗(yàn)溫度變化圖來看，鈉與水反應(yīng)較快，大約十幾秒時(shí)間，溫度迅速升高，熱量基本被溶液吸收，增加實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。2．實(shí)驗(yàn)測出鈉與水反應(yīng)的?H=?360.3kJ/mol，而理論值?H=-366.64kJ/mol，與理論值相比實(shí)驗(yàn)誤差主要是鈉在切割時(shí)被氧氣氧化，如果能在氮?dú)猸h(huán)境中做此實(shí)驗(yàn)可能效果更好。3．如果沒有水冷卻，即使鈉在空氣中被氧化損失部分熱量情況下，反應(yīng)放出的熱量仍可以將鈉氣化。鈉與水反應(yīng)放出熱量很大，即使有水的冷卻，鈉在水面上與水的反應(yīng)，仍有部分鈉氣化【3】，鈉的熔點(diǎn)再高一些仍可能熔化成小球，所以將鈉熔化成光亮的一球作為推理鈉的熔點(diǎn)低的理由不夠科學(xué)。參考文獻(xiàn)：

【1】JohnA.DeanLange’sHandbookofChemistry[M].FifteenthEditionMcGRAW-HILL,INC【2】王偉列.對(duì)金屬鈉遇水發(fā)生爆炸的探討[J].化學(xué)教學(xué)，2004（4）：13~14【3】孫成斌.鈉與水反應(yīng)現(xiàn)象的解釋[J].黔南民族師專學(xué)報(bào)，1999，（6）45~46聯(lián)系人：朱成東電話：180