鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置的再改進(jìn)

孫海龍 于永民

摘要：針對(duì)教材中設(shè)置的鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)以及相關(guān)文獻(xiàn)中的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)提出不足，從生活化、趣味化、安全化、綠色化等角度對(duì)鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行再次改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了裝置簡(jiǎn)約、原料易得、經(jīng)久耐用、綠色環(huán)保等目的。

關(guān)鍵詞：鋁熱反應(yīng)；實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2013）8–0038–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問(wèn)題的提出

蘇教版化學(xué)1（必修）教材在第68頁(yè)設(shè)置了鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)[1]，教材以插圖形式呈現(xiàn)鋁熱反應(yīng)的現(xiàn)象和應(yīng)用鋁熱反應(yīng)焊接鐵軌的實(shí)物圖，但并沒(méi)有給出具體實(shí)驗(yàn)操作步驟。實(shí)驗(yàn)是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的有效途徑，以往我校高一化學(xué)教師講授這一內(nèi)容時(shí)均采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方案操作[2]，然而演示實(shí)驗(yàn)時(shí)我們經(jīng)常遇到以下情況：鎂條難被點(diǎn)燃，且燃燒時(shí)發(fā)出的耀眼強(qiáng)光，非常刺眼，對(duì)學(xué)生眼睛有傷害；紙漏斗內(nèi)的混合物在較高溫度下發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成的紅熱熔融物，常會(huì)不定向地從四層紙漏斗的半腰部位燒穿而出，火星四射，熔融物飛濺，燒壞實(shí)驗(yàn)臺(tái)或灼傷離實(shí)驗(yàn)臺(tái)較近的學(xué)生；生成的紅熱熔融物落在下面盛沙的蒸發(fā)皿邊緣，蒸發(fā)皿邊緣因無(wú)沙隔熱受驟燙常會(huì)炸裂破碎；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，產(chǎn)生大量的濃煙，久久不能散去，嚴(yán)重地污染了教室環(huán)境，甚至影響到教師的正常授課。因此，該方法并不符合當(dāng)今低碳、環(huán)保教育的理念。

筆者查閱相關(guān)的文獻(xiàn)[3～5]，認(rèn)為《化學(xué)教學(xué)》（2011年11期）上刊載的“鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”更加適合課堂實(shí)驗(yàn)演示，本學(xué)期我校高一化學(xué)教師在講授“鋁及鋁合金”這一課時(shí)，演示實(shí)驗(yàn)均采用該方法，收到了良好的效果，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的興趣與積極性。但是由于班級(jí)多，實(shí)驗(yàn)所需的試管就多，因而成本較高；實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的大量白煙并未作任何處理，任其飄散，污染了教室的環(huán)境。

針對(duì)上述不足，筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了再次改進(jìn)，將“廢物再利用”和“綠色環(huán)?！崩砟钜胝n堂：用空心磚孔作反應(yīng)容器，既可以防止紅熱熔融物四濺，又可以降低實(shí)驗(yàn)成本；用容積約2.5 L的雪碧瓶收集濃煙，既可以防止污染教室內(nèi)空氣，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

利用空心磚孔完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)；模擬鋁熱反應(yīng)焊接鐵軌——將兩根鐵絲牢牢地黏結(jié)在一起。

2.2 實(shí)驗(yàn)原理

由于鋁和氧有很強(qiáng)的親和力，鋁被用來(lái)從其他金屬氧化物中置換出金屬，在反應(yīng)過(guò)程中釋放出來(lái)的熱量可以將反應(yīng)混合物（如Al和Fe2O3的混合物）升至很高的溫度（3273K），使產(chǎn)物金屬熔化。

2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s）

ΔH=-852 kJ·mol-1

2.3 實(shí)驗(yàn)用品

儀器：空心磚孔（2 cm×8.5 cm）、雪碧瓶（約2.5 L）、細(xì)沙、藥匙、濕棉布?jí)K、酒精棉簽、小噴霧器（帶噴霧頭的塑料瓶）、石棉絨、φ2.5 mm的鐵絲（2根）、坩堝鉗、剪刀、砂紙、小鐵錘、磁鐵。

試劑：氧化鐵粉末、鋁粉、鎂條、氯酸鉀（研細(xì)）。

2.4 實(shí)驗(yàn)裝置

如圖1所示，找一塊空心磚，用小鐵錘敲下其中的一個(gè)孔徑，放在水泥地面上將其四周棱角磨平，可以很順利地就磨制成長(zhǎng)方體（4 cm×4 cm×8.5 cm）（如圖1-a）；再取一個(gè)雪碧瓶（容積約2.5 L），棄去瓶蓋，剪去瓶底，在瓶口處塞滿石棉絨，保持蓬松狀，用作吸煙罩，罩住空心磚孔（如圖1-b）。

2.5 實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象及結(jié)論

（1）將空心磚孔底部用紙團(tuán)塞緊，裝入1/2-1/3干燥的細(xì)沙，插入兩根鐵絲，使鐵絲下部相互接觸（模擬兩根鐵軌）。為了更容易引燃鎂條，用砂紙將鎂條打磨，去掉表面氧化膜，頂端用剪刀剪成細(xì)絲，呈菊花狀。

（2）將3.5 g Fe2O3粉末和1 g鋁粉混合均勻后裝入孔徑內(nèi)，在距孔徑口1～2 cm處加入1 g研細(xì)的氯酸鉀粉末（用藥匙將氯酸鉀與表面藥品略為混合），并在其上部插入一根呈菊花狀的鎂條（約3 cm）。

（3）用小噴霧器向吸煙罩內(nèi)壁以及石棉絨上噴水霧。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上鋪一塊約30 cm×30 cm的濕棉布，把已加好藥品的空心磚孔放置在濕布中央，用點(diǎn)燃的酒精棉球去點(diǎn)燃鎂條，引發(fā)反應(yīng)，迅速用吸煙罩罩住反應(yīng)裝置。

（4）鎂條劇烈燃燒，先是突然冒出一團(tuán)白煙，然后立即從孔口噴出紅色火焰，形似節(jié)日的煙花，煞是好看。

（5）待冷卻至室溫，吸煙罩內(nèi)煙霧漸退，向上提吸煙罩，迅速取出磚孔，再放下煙罩。用坩堝鉗取出鐵絲并觀察，鐵絲被牢牢地焊接在一起，再用小鐵錘敲掉熔球，用磁鐵吸引，熔球能被磁鐵吸引，證明有單質(zhì)鐵生成。

3 改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）裝置簡(jiǎn)約：該裝置省去鐵架臺(tái)，小巧質(zhì)輕，便于攜帶，易于推廣。

（2）材料易得：空心磚、雪碧瓶、小噴霧器（帶噴霧頭的塑料瓶）皆為生活中常見(jiàn)的廢棄物，在日常生活中易獲得、易制作，無(wú)需成本。

（3）經(jīng)久耐用：用空心磚孔代替濾紙漏斗、水泥漏斗、小試管等反應(yīng)容器，具有不破損、不開(kāi)裂等特點(diǎn)，且可以避免熔融物四濺，安全性能高。

（4）綠色環(huán)保：用噴霧法可有效降低實(shí)驗(yàn)造成的煙霧，綠色雪碧瓶既可減少鎂條燃燒帶來(lái)的光污染，也可防止煙霧大量外逸而污染教室環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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