關(guān)于鋁在空氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的再探索

李小紅

摘要：鋁在空氣中易氧化形成表面氧化膜，影響鋁在空氣中加熱實(shí)驗(yàn)的效果。針對(duì)這一問題，通過改變實(shí)驗(yàn)條件的探究，得出了4種可行的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)可明顯觀察到鋁在空氣中劇烈燃燒并發(fā)出耀眼白光的現(xiàn)象，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的效果，有利于啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：金屬鋁；空氣；加熱實(shí)驗(yàn)；探索；燃燒

文章編號(hào)：1005–6629（2014）2–0045–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題提出

人教版化學(xué)必修1第48頁科學(xué)探究，首先用坩堝鉗夾住一小塊鋁箔，在酒精燈上加熱至熔化，輕輕晃動(dòng)，發(fā)現(xiàn)鋁箔發(fā)紅卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（表面有氧化膜，阻止鋁與空氣中的氧氣接觸，因此不能燃燒）。再取一塊鋁箔，用砂紙仔細(xì)打磨（或在酸中處理后，用水洗凈），除去表面的氧化膜，在酒精燈火焰上加熱至熔化，發(fā)現(xiàn)鋁箔也卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（打磨后鋁箔表面又很快形成氧化膜，阻止了鋁的燃燒）[1]。

鋁是一種十分常見的金屬，它的化學(xué)性質(zhì)很活潑，可是日常生活中的鋁制品在空氣中卻十分穩(wěn)定。如何理解這一現(xiàn)象是我們中學(xué)化學(xué)教學(xué)中必須幫助學(xué)生弄清楚的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。教材設(shè)置的科學(xué)探究，僅僅停留在發(fā)紅、卷縮、熔化這樣一些物理變化的層面，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象和實(shí)質(zhì)沒有作進(jìn)一步的分析，不利于學(xué)生化學(xué)知識(shí)的形成。能否創(chuàng)造一定的條件使鋁與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)呢？許多老師對(duì)此已經(jīng)進(jìn)行了研究并取得了一定成績(jī)，有些學(xué)術(shù)雜志中也有相關(guān)內(nèi)容。例如，有的教師利用乙炔焰升高溫度使鋁箔在空氣中燃燒，改變了人們對(duì)鋁在空氣中不能燃燒的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，同時(shí)解決了Al若在空氣中燃燒首先須將Al點(diǎn)燃或引燃的關(guān)鍵問題[2]。但是乙炔焰一般是工業(yè)生產(chǎn)中才能用到，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中很難見到；有的老師對(duì)不同長(zhǎng)度、寬度、厚度的鋁在空氣中加熱變紅所耗時(shí)間作了詳細(xì)研究，解決了哪種規(guī)格的鋁經(jīng)過短時(shí)間加熱后內(nèi)部熔化的鋁在氧化膜內(nèi)流動(dòng)現(xiàn)象最明顯，最適合于教師在課堂上做演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生分組探究型實(shí)驗(yàn)[3]，但沒有創(chuàng)設(shè)條件使鋁在空氣中燃燒起來。這些老師的研究很有價(jià)值，但總覺得余味未盡，筆者集一些教師優(yōu)質(zhì)課中的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，再經(jīng)過反復(fù)研究、融合和探索，對(duì)人教版必修1第48頁的科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)1進(jìn)行了一些改進(jìn)，通過反復(fù)多次的實(shí)驗(yàn)，均取得明顯現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)1：將少量的鋁粉放在一小張濾紙上，包好后用坩堝鉗夾住，在酒精燈上點(diǎn)燃，可觀察到鋁粉在空氣中劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光。（實(shí)驗(yàn)前先做濾紙?jiān)诰凭珶羯宵c(diǎn)燃的對(duì)照試驗(yàn)，請(qǐng)學(xué)生注意觀察現(xiàn)象。）

優(yōu)點(diǎn)：濾紙是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室常見的材料，它雖然也能燃燒，但濾紙燃燒的現(xiàn)象不能掩蓋和干擾鋁粉燃燒的現(xiàn)象，用濾紙作為載體，讓學(xué)生感覺到親切，更能吸引學(xué)生的眼球。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)2：用一稍長(zhǎng)的吸管吸取少量鋁粉，然后對(duì)準(zhǔn)一正在燃燒的酒精燈的外焰擠噴，鋁粉迅速燃燒，發(fā)出耀眼的光芒。擠噴時(shí)教師要側(cè)身，使噴出的火焰與講臺(tái)水平，防止火焰燒傷或嚇到前排的學(xué)生。

優(yōu)點(diǎn)：用吸管直接向燈焰上擠噴鋁粉，方便快捷，操作簡(jiǎn)單，還縮短了演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。老師猶如魔術(shù)大師一樣的表演，課堂效果更為精彩！

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)3：將鋁粉裝入蓋子上面有針孔的小藥瓶中，然后將小藥瓶倒過來，向酒精燈的火焰上噴灑鋁粉，鋁粉劇烈燃燒。

優(yōu)點(diǎn)：用小藥瓶直接向火焰上噴灑鋁粉，可以通過控制針孔的大小以及噴灑的快慢來調(diào)控鋁粉燃燒所形成的火焰大小以及演示時(shí)間的長(zhǎng)短。還可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，適合多個(gè)班級(jí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生感覺更直觀，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和積極性。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)4：用鋁箔在酒精燈的外焰上加熱，等鋁箔變紅變軟時(shí)，用鑷子撕破變紅的部位，這時(shí)候可以清楚地看到撕破的部位發(fā)生短暫的燃燒。也可以用鋁條代替鋁箔，酒精噴燈替代酒精燈，把打磨過的鋁條在酒精噴燈上加熱，待鋁條熔化發(fā)紅的時(shí)候用一根潔凈的細(xì)鐵絲刺進(jìn)熔化的鋁層中（如圖1所示），這時(shí)可看到被刺破部位的鋁發(fā)生迅速而短暫的劇烈燃燒。然后小心地抽出鐵絲，這時(shí)鋁條受熱現(xiàn)象與鐵絲刺進(jìn)之前完全一樣。

優(yōu)點(diǎn)：用鋁條替代鋁箔，增加了鋁的厚度，便于用鐵絲刺破鋁層操作的順利進(jìn)行。被刺破（或撕破）的部位發(fā)生迅速而短暫的燃燒，確證了氧化物保護(hù)膜的存在，也進(jìn)一步證實(shí)了鋁在空氣中很快又會(huì)形成氧化膜，阻止燃燒的進(jìn)一步進(jìn)行。這樣學(xué)生就能深刻理解為什么鋁箔在加熱過程中只熔化而不發(fā)生滴落的現(xiàn)象，也理解了活潑的鋁為什么可以制成多種多樣的日常生活用品。

3 上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生原因的分析

以上四個(gè)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，既展示了金屬鋁的活潑性，同時(shí)又展示了鋁表面確實(shí)存在氧化膜阻止化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，鋁制品才有可能成為人們生活中的常見物品?？墒?，通過幾個(gè)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)與課本探究實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象有很大的不同，從而激發(fā)了學(xué)生的興趣，引發(fā)了進(jìn)一步的思考。

鋁粉表面肯定也存在氧化膜，為什么鋁粉在空氣中加熱可以燃燒，鋁箔卻不能燃燒呢？是不是相互矛盾？

筆者認(rèn)為這些現(xiàn)象之間不但不矛盾，而且是緊密相聯(lián)，都充分體現(xiàn)了金屬鋁的活潑性。鋁粉在空氣中之所以能夠劇烈燃燒可能是因?yàn)殇X粉接觸空氣的表面積比鋁箔大得多，其次是鋁粉因?yàn)轭w粒小，鋁粉的表面也不如鋁箔光滑，在鋁粉表面形成的氧化膜不如鋁箔表面形成的氧化膜致密，所以在受熱時(shí)由于鋁熔化膨脹從而脹破鋁粉外表的氧化膜，大量的鋁直接跟空氣中氧氣接觸發(fā)生反應(yīng)，從而發(fā)生了劇烈的燃燒現(xiàn)象。

總之，通過上述改進(jìn)后的演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到條件的改變就可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)發(fā)生不一樣的現(xiàn)象，真正體會(huì)到量變可能引起質(zhì)變的科學(xué)規(guī)律。化學(xué)教學(xué)就應(yīng)該緊緊扣牢實(shí)驗(yàn)這一學(xué)科基石，著力啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，以求更好地?cái)U(kuò)大實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵和外延，極大地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性。促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程由觀察、運(yùn)用向創(chuàng)造性思維方向發(fā)展，有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書.化學(xué)必修1教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2007：41.

[2]丁偉.鋁箔在空氣中的燃燒之實(shí)驗(yàn)分析[J].數(shù)理化學(xué)習(xí)，2011，（7）：106～107.

[3]龍威，徐文媛.加熱鋁箔實(shí)驗(yàn)的不足與探究[J].化學(xué)教育，2010，（8）：69～70.