化学自习室移动版

关于“浮”的再认识：

依据阿基米德原理，当物体只受重力、浮力作用，并处于静态时，可以根据物体在水中位置，判断物体的密度与水的密度相对大小。但对于动态的物体，浮力并不是一个固定值，该原理不再适用。钠球在水面上四处游动，处于动态而非静态，不能根据钠浮在水面上推断出钠的密度小于水的。实际上，钠的密度为0.968 g/cm³，根据阿基米德原理，钠块应几乎位于水面下，而实际现象是钠大部分位于水面上。此外，铷的密度为1.532 g/cm³、铯的密度为1.87 g/cm³，通过实验视频可以观察到，当取绿豆大小的铷、铯放到水中时，铷、铯也浮在水面上。

液态钠球与水反应产生氢气，同时放出大量热产生大量水蒸气，在钠球与水之间会形成气体层，产生莱顿弗罗斯特效应。由于莱顿弗罗斯特效应的存在，可以使浮在液面上物体的密度大于液体。

综合以上分析，钠浮在水面上的主要原因并非钠的密度小于水的密度，而是因为钠与水反应产生莱顿弗罗斯特效应。

关于“熔”的再认识：

 “为什么钠与水反应时固体钠能熔化，而烧杯内水温变化不大?”

钠与水反应是放热反应，焓变的绝对值较大，而且该反应迅速，在短时间内能释放大量的热。

由于钠的传热能力远强于水和空气，因此反应放出的热大部分传递给金属钠，使金属钠的温度迅速升高。钠的熔化热较小、熔点(97.8 ℃)较低，所以钠与水反应时能快速熔化。

另外，氢气和水蒸气在钠球与液态水之间会形成气体层，将钠与水分隔开，因而烧杯中水的温度变化不大。

关于“游”的再认识 ：

关于钠在水面上四处游动的动力，一般解释为钠与水反应产生的氢气推动。借助莱顿弗罗斯特效应，可以更科学地解释钠在水面上四处游动的原因。

由于氢气与水蒸气在钠球与液态水之间形成气体层，钠球与气体层两侧厚度不均匀，气体从相对较薄的一侧出去的少，产生的黏性应力小，从相对较厚的一侧出去的多，产生的黏性应力大(图1)。钠球两侧所受力不一样，产生指向较厚一侧的推力，导致钠球在水面上不停翻滚并快速移动。

关于“响”的再认识：

多篇文献提到钠与水之间的气体层以及气体层中钠蒸气浓度与爆炸有密切关系，这些证据倾向于钠与水以蒸气形式发生气相混合。钠与水反应可以设想为3个过程：表面反应(Ⅰ)、气相反应(Ⅱ)和失控(Ⅲ)，如图2所示。

钠与水接触后，立即反应，在两者之间形成气体层。然后，水蒸气扩散通过气体层，并在钠球表面发生反应(表面反应步骤)。

反应释放的能量使钠升温，开始产生钠蒸气。钠蒸气扩散直到其与水蒸气反应(气相反应步骤)。

大量的钠蒸气进入气体层与水接触，使反应速率大大加快，短时间内释放大量热，同时产生大量氢气和水蒸气，有可能引发具有热爆炸、蒸气爆炸以及液滴微爆等特点的爆炸。

关于“红”的再认识：

在做钠与水反应的实验时，3套高中教材都是先向水中加入酚酞，再加入钠块。根据反应后水溶液变红的实验现象，推测产生了NaOH。

在上述实验中，如果先加入酚酞，反应物则由单一的水变成了水、酚酞、乙醇的多物质体系，在分析现象时，考虑的因素会增多。

另外，先加入酚酞，还会引起学生的困惑，钠与水反应为什么要加入酚酞? 

之所以先加入酚酞，是把要学习钠的未知性质当作了已知，这样先入为主的设计实验就减少了实验的价值，失去了培养学生基于证据推理能力的契机。

在教学中，可以先让学生根据钠与水反应的现象，结合氧化还原反应规律，分析出可能产物NaOH，再向反应后的溶液中加入酚酞去证实这种推测，这样符合探究的一般思路，也可以排除溶液变红是钠直接与酚酞反应的可能性。