鋁熱反應演示實驗的綠色化設計

摘要：課堂教學中將影視劇中有關鋁熱反應的片斷作為教學情境，同時對實驗裝置進行了綠色化設計，采用常見的廢棄物自制一套教具，應用該教具模擬了影視劇中的鋁熱反應，學生感受到了視覺的沖擊與心靈的震撼，同時也受到廢物再利用、綠色環(huán)保、創(chuàng)新思維的教育。

關鍵詞：教學情境; 鋁熱反應;實驗教具;綠色化

文章編號：1008-0546（2014）12-0094-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.037

高中化學課堂教學所涉及的演示實驗中，鋁熱反應實驗是為數不多的能給學生帶來視覺沖擊與震撼力的實驗，能夠激發(fā)學生學習化學的熱情，而且該實驗涉及鋁單質的性質、氧化還原反應、化學反應與能量變化等核心知識，因此成為高中化學課堂教學必做的演示實驗。傳統(tǒng)的演示實驗是以鐵架臺作支架，以濾紙漏斗作容器，以蒸發(fā)皿盛接熔融物，以鎂條作引燃物，雖然現象足夠震撼但也存在諸多弊端，已有許多學者對該實驗提出過新的方法[1～5]，但經過試驗后發(fā)現還存在著美中不足，如反應容器容積太小，產生的濃煙易沖出，引燃困難、耗時，心理上畏懼等。為了彌補上述的不足，同時在課堂教學中將該演示實驗置于一定的情境中，筆者以影視劇里的片斷作為引入，利用自制的實驗教具模擬了影視劇里的鋁熱反應，充分調動了學生學習化學的熱情。

一、情境導入

1. 用鋁熱劑開鎖

美劇《絕命毒師》中的片斷，化學老師沃爾特·懷特（Walt White）注意到搭檔身后箱子里的磁鐵畫板，他突然想到鋁熱劑可以熔化鋼鐵，他決定用一小袋鋁熱劑去打開城南化學品存放場所的大鎖。（見圖1、2、3）

2. 涉及化學知識

由于鋁和氧有很強的親和力，鋁被用來從其他金屬氧化物中置換出金屬，在反應過程中釋放出來的熱量可以將反應混合物（如Al和Fe2O3的混合物）加熱至很高的溫度（3273K），使產物金屬熔化，反應的熱化學方程式為：2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s） ? ΔH =-852 kJ·mol-1

二、綠色設計

1. 教具的制作

取一空塑料油桶（容積5L），將內壁的殘油洗凈，用美工刀沿底部割出約10.5cm的圓洞，作貯煙罩。洗凈一空醬菜瓶內壁，再裝入少量細沙，將蓋子內外壁的油漆用砂紙磨去，并再磨薄些，旋緊蓋子（蓋子材質是馬口鐵，熔點較純鐵低）。將一空心磚孔放在水泥地面上將其棱角磨平，磨制成高約3cm的六棱柱體。如圖4所示。

2. 教具的搭建

塑料水槽盛裝約2cm高度的自來水，將醬菜瓶置于其中央，再將空心磚孔置于瓶蓋上。將貯煙罩內壁潤濕，最好有大量水珠掛在內壁上，將其罩在醬菜瓶和空心磚孔上。如圖5所示。

3. 鋁熱劑的配制

鋁粉與Fe2O3的比例可按化學方程式中反應物質量比（Al∶Fe2O3=1：3時剛好完全反應）配成的混合物，混合均勻。實驗時若要降低反應的劇烈程度，可適當增加Fe2O3的量，反之增加鋁粉用量。本次實驗筆者按2∶7配制鋁熱劑。

4. 引燃的方式

經典的引燃方式是按教材中描述的，鎂條插入鋁熱劑中并在KClO3助燃的條件下進行，但是鎂條極易熄滅，原因是鎂條自上往下燃燒，火焰對下部預熱的貢獻很小，再加上空氣流動帶走一部分熱量，往往要反復點燃幾次才能成功，筆者嘗試著用坩堝鉗夾著點燃的鎂條直接觸到鋁熱劑表面，結果一下子就引燃了，效果出奇的好，再試驗幾次均能成功。

三、實驗過程

1. 按圖5搭建實驗裝置，將配比2∶7的鋁熱劑約5g裝入空心磚孔內，加入1g研細的氯酸鉀粉末。

2. 用小噴霧器向貯煙罩內壁噴大量水，保證有大量水珠附著在內壁上。

3. 用坩堝鉗夾住打磨光的一段鎂條在酒精燈火焰上點燃，將燃著的鎂條立即觸到鋁熱劑表面上引發(fā)反應，另一只手用貯煙罩罩住發(fā)生裝置。

4. 可以觀察到燃著的鎂條迅速引燃鋁熱劑，開始產生白色煙塵，繼而磚口噴出紅色火焰，似節(jié)日的焰火，同時又有火紅的熔融物穿透瓶蓋滴落到細沙上。

四、設計評價

1.制作教具所用到的無色塑料油桶、醬菜瓶均是廚房中的常見廢棄物，空心磚孔也容易獲得，零成本，易制作，質地輕，便于攜帶，易于推廣，還能夠培養(yǎng)學生廢物再利用的理念。

2.貯煙罩和水槽的封閉式組合，使得產生的煙塵得到有效控制，煙塵還能減弱鎂條燃燒產生的光污染，水槽中的水能夠吸收煙塵，提高了安全性能和環(huán)保性能，能有效培養(yǎng)學生綠色化學觀念。

3.用直接接觸式引燃方式，可以消除畏懼心理，瞬間就可引燃，成功率達100﹪。

4.以影視劇作為情境導入，過渡自然，模擬劇中的鋁熱反應可以大大提高學生學習化學的熱情。

參考文獻

[1] 孫海龍，于永民.鋁熱反應實驗裝置的再改進[J].化學教學，2013，（8）：38-39

[2] 朱建兵，姚建軍.關于鋁熱反應實驗三種改進方法的比較與思考[J].化學教學，2013，（4）：56

[3] 但世輝，李斌.鋁熱反應的實驗改進[J].化學教育，2013，（5）：62

[4] 張秀玲，郭冠朝.鋁熱反應實驗的改進[J].化學教學，2011，（11）：37

[5] 廖清泉.鋁熱反應實驗的改進[J].中學化學教學參考，2010，（9）：46endprint

摘要：課堂教學中將影視劇中有關鋁熱反應的片斷作為教學情境，同時對實驗裝置進行了綠色化設計，采用常見的廢棄物自制一套教具，應用該教具模擬了影視劇中的鋁熱反應，學生感受到了視覺的沖擊與心靈的震撼，同時也受到廢物再利用、綠色環(huán)保、創(chuàng)新思維的教育。

關鍵詞：教學情境; 鋁熱反應;實驗教具;綠色化

文章編號：1008-0546（2014）12-0094-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.037

高中化學課堂教學所涉及的演示實驗中，鋁熱反應實驗是為數不多的能給學生帶來視覺沖擊與震撼力的實驗，能夠激發(fā)學生學習化學的熱情，而且該實驗涉及鋁單質的性質、氧化還原反應、化學反應與能量變化等核心知識，因此成為高中化學課堂教學必做的演示實驗。傳統(tǒng)的演示實驗是以鐵架臺作支架，以濾紙漏斗作容器，以蒸發(fā)皿盛接熔融物，以鎂條作引燃物，雖然現象足夠震撼但也存在諸多弊端，已有許多學者對該實驗提出過新的方法[1～5]，但經過試驗后發(fā)現還存在著美中不足，如反應容器容積太小，產生的濃煙易沖出，引燃困難、耗時，心理上畏懼等。為了彌補上述的不足，同時在課堂教學中將該演示實驗置于一定的情境中，筆者以影視劇里的片斷作為引入，利用自制的實驗教具模擬了影視劇里的鋁熱反應，充分調動了學生學習化學的熱情。

一、情境導入

1. 用鋁熱劑開鎖

美劇《絕命毒師》中的片斷，化學老師沃爾特·懷特（Walt White）注意到搭檔身后箱子里的磁鐵畫板，他突然想到鋁熱劑可以熔化鋼鐵，他決定用一小袋鋁熱劑去打開城南化學品存放場所的大鎖。（見圖1、2、3）

2. 涉及化學知識

由于鋁和氧有很強的親和力，鋁被用來從其他金屬氧化物中置換出金屬，在反應過程中釋放出來的熱量可以將反應混合物（如Al和Fe2O3的混合物）加熱至很高的溫度（3273K），使產物金屬熔化，反應的熱化學方程式為：2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s） ? ΔH =-852 kJ·mol-1

二、綠色設計

1. 教具的制作

取一空塑料油桶（容積5L），將內壁的殘油洗凈，用美工刀沿底部割出約10.5cm的圓洞，作貯煙罩。洗凈一空醬菜瓶內壁，再裝入少量細沙，將蓋子內外壁的油漆用砂紙磨去，并再磨薄些，旋緊蓋子（蓋子材質是馬口鐵，熔點較純鐵低）。將一空心磚孔放在水泥地面上將其棱角磨平，磨制成高約3cm的六棱柱體。如圖4所示。

2. 教具的搭建

塑料水槽盛裝約2cm高度的自來水，將醬菜瓶置于其中央，再將空心磚孔置于瓶蓋上。將貯煙罩內壁潤濕，最好有大量水珠掛在內壁上，將其罩在醬菜瓶和空心磚孔上。如圖5所示。

3. 鋁熱劑的配制

鋁粉與Fe2O3的比例可按化學方程式中反應物質量比（Al∶Fe2O3=1：3時剛好完全反應）配成的混合物，混合均勻。實驗時若要降低反應的劇烈程度，可適當增加Fe2O3的量，反之增加鋁粉用量。本次實驗筆者按2∶7配制鋁熱劑。

4. 引燃的方式

經典的引燃方式是按教材中描述的，鎂條插入鋁熱劑中并在KClO3助燃的條件下進行，但是鎂條極易熄滅，原因是鎂條自上往下燃燒，火焰對下部預熱的貢獻很小，再加上空氣流動帶走一部分熱量，往往要反復點燃幾次才能成功，筆者嘗試著用坩堝鉗夾著點燃的鎂條直接觸到鋁熱劑表面，結果一下子就引燃了，效果出奇的好，再試驗幾次均能成功。

三、實驗過程

1. 按圖5搭建實驗裝置，將配比2∶7的鋁熱劑約5g裝入空心磚孔內，加入1g研細的氯酸鉀粉末。

2. 用小噴霧器向貯煙罩內壁噴大量水，保證有大量水珠附著在內壁上。

3. 用坩堝鉗夾住打磨光的一段鎂條在酒精燈火焰上點燃，將燃著的鎂條立即觸到鋁熱劑表面上引發(fā)反應，另一只手用貯煙罩罩住發(fā)生裝置。

4. 可以觀察到燃著的鎂條迅速引燃鋁熱劑，開始產生白色煙塵，繼而磚口噴出紅色火焰，似節(jié)日的焰火，同時又有火紅的熔融物穿透瓶蓋滴落到細沙上。

四、設計評價

1.制作教具所用到的無色塑料油桶、醬菜瓶均是廚房中的常見廢棄物，空心磚孔也容易獲得，零成本，易制作，質地輕，便于攜帶，易于推廣，還能夠培養(yǎng)學生廢物再利用的理念。

2.貯煙罩和水槽的封閉式組合，使得產生的煙塵得到有效控制，煙塵還能減弱鎂條燃燒產生的光污染，水槽中的水能夠吸收煙塵，提高了安全性能和環(huán)保性能，能有效培養(yǎng)學生綠色化學觀念。

3.用直接接觸式引燃方式，可以消除畏懼心理，瞬間就可引燃，成功率達100﹪。

4.以影視劇作為情境導入，過渡自然，模擬劇中的鋁熱反應可以大大提高學生學習化學的熱情。

參考文獻

[1] 孫海龍，于永民.鋁熱反應實驗裝置的再改進[J].化學教學，2013，（8）：38-39

[2] 朱建兵，姚建軍.關于鋁熱反應實驗三種改進方法的比較與思考[J].化學教學，2013，（4）：56

[3] 但世輝，李斌.鋁熱反應的實驗改進[J].化學教育，2013，（5）：62

[4] 張秀玲，郭冠朝.鋁熱反應實驗的改進[J].化學教學，2011，（11）：37

[5] 廖清泉.鋁熱反應實驗的改進[J].中學化學教學參考，2010，（9）：46endprint

摘要：課堂教學中將影視劇中有關鋁熱反應的片斷作為教學情境，同時對實驗裝置進行了綠色化設計，采用常見的廢棄物自制一套教具，應用該教具模擬了影視劇中的鋁熱反應，學生感受到了視覺的沖擊與心靈的震撼，同時也受到廢物再利用、綠色環(huán)保、創(chuàng)新思維的教育。

關鍵詞：教學情境; 鋁熱反應;實驗教具;綠色化

文章編號：1008-0546（2014）12-0094-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.037

高中化學課堂教學所涉及的演示實驗中，鋁熱反應實驗是為數不多的能給學生帶來視覺沖擊與震撼力的實驗，能夠激發(fā)學生學習化學的熱情，而且該實驗涉及鋁單質的性質、氧化還原反應、化學反應與能量變化等核心知識，因此成為高中化學課堂教學必做的演示實驗。傳統(tǒng)的演示實驗是以鐵架臺作支架，以濾紙漏斗作容器，以蒸發(fā)皿盛接熔融物，以鎂條作引燃物，雖然現象足夠震撼但也存在諸多弊端，已有許多學者對該實驗提出過新的方法[1～5]，但經過試驗后發(fā)現還存在著美中不足，如反應容器容積太小，產生的濃煙易沖出，引燃困難、耗時，心理上畏懼等。為了彌補上述的不足，同時在課堂教學中將該演示實驗置于一定的情境中，筆者以影視劇里的片斷作為引入，利用自制的實驗教具模擬了影視劇里的鋁熱反應，充分調動了學生學習化學的熱情。

一、情境導入

1. 用鋁熱劑開鎖

美劇《絕命毒師》中的片斷，化學老師沃爾特·懷特（Walt White）注意到搭檔身后箱子里的磁鐵畫板，他突然想到鋁熱劑可以熔化鋼鐵，他決定用一小袋鋁熱劑去打開城南化學品存放場所的大鎖。（見圖1、2、3）

2. 涉及化學知識

由于鋁和氧有很強的親和力，鋁被用來從其他金屬氧化物中置換出金屬，在反應過程中釋放出來的熱量可以將反應混合物（如Al和Fe2O3的混合物）加熱至很高的溫度（3273K），使產物金屬熔化，反應的熱化學方程式為：2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s） ? ΔH =-852 kJ·mol-1

二、綠色設計

1. 教具的制作

取一空塑料油桶（容積5L），將內壁的殘油洗凈，用美工刀沿底部割出約10.5cm的圓洞，作貯煙罩。洗凈一空醬菜瓶內壁，再裝入少量細沙，將蓋子內外壁的油漆用砂紙磨去，并再磨薄些，旋緊蓋子（蓋子材質是馬口鐵，熔點較純鐵低）。將一空心磚孔放在水泥地面上將其棱角磨平，磨制成高約3cm的六棱柱體。如圖4所示。

2. 教具的搭建

塑料水槽盛裝約2cm高度的自來水，將醬菜瓶置于其中央，再將空心磚孔置于瓶蓋上。將貯煙罩內壁潤濕，最好有大量水珠掛在內壁上，將其罩在醬菜瓶和空心磚孔上。如圖5所示。

3. 鋁熱劑的配制

鋁粉與Fe2O3的比例可按化學方程式中反應物質量比（Al∶Fe2O3=1：3時剛好完全反應）配成的混合物，混合均勻。實驗時若要降低反應的劇烈程度，可適當增加Fe2O3的量，反之增加鋁粉用量。本次實驗筆者按2∶7配制鋁熱劑。

4. 引燃的方式

經典的引燃方式是按教材中描述的，鎂條插入鋁熱劑中并在KClO3助燃的條件下進行，但是鎂條極易熄滅，原因是鎂條自上往下燃燒，火焰對下部預熱的貢獻很小，再加上空氣流動帶走一部分熱量，往往要反復點燃幾次才能成功，筆者嘗試著用坩堝鉗夾著點燃的鎂條直接觸到鋁熱劑表面，結果一下子就引燃了，效果出奇的好，再試驗幾次均能成功。

三、實驗過程

1. 按圖5搭建實驗裝置，將配比2∶7的鋁熱劑約5g裝入空心磚孔內，加入1g研細的氯酸鉀粉末。

2. 用小噴霧器向貯煙罩內壁噴大量水，保證有大量水珠附著在內壁上。

3. 用坩堝鉗夾住打磨光的一段鎂條在酒精燈火焰上點燃，將燃著的鎂條立即觸到鋁熱劑表面上引發(fā)反應，另一只手用貯煙罩罩住發(fā)生裝置。

4. 可以觀察到燃著的鎂條迅速引燃鋁熱劑，開始產生白色煙塵，繼而磚口噴出紅色火焰，似節(jié)日的焰火，同時又有火紅的熔融物穿透瓶蓋滴落到細沙上。

四、設計評價

1.制作教具所用到的無色塑料油桶、醬菜瓶均是廚房中的常見廢棄物，空心磚孔也容易獲得，零成本，易制作，質地輕，便于攜帶，易于推廣，還能夠培養(yǎng)學生廢物再利用的理念。

2.貯煙罩和水槽的封閉式組合，使得產生的煙塵得到有效控制，煙塵還能減弱鎂條燃燒產生的光污染，水槽中的水能夠吸收煙塵，提高了安全性能和環(huán)保性能，能有效培養(yǎng)學生綠色化學觀念。

3.用直接接觸式引燃方式，可以消除畏懼心理，瞬間就可引燃，成功率達100﹪。

4.以影視劇作為情境導入，過渡自然，模擬劇中的鋁熱反應可以大大提高學生學習化學的熱情。

參考文獻

[1] 孫海龍，于永民.鋁熱反應實驗裝置的再改進[J].化學教學，2013，（8）：38-39

[2] 朱建兵，姚建軍.關于鋁熱反應實驗三種改進方法的比較與思考[J].化學教學，2013，（4）：56

[3] 但世輝，李斌.鋁熱反應的實驗改進[J].化學教育，2013，（5）：62

[4] 張秀玲，郭冠朝.鋁熱反應實驗的改進[J].化學教學，2011，（11）：37

[5] 廖清泉.鋁熱反應實驗的改進[J].中學化學教學參考，2010，（9）：46endprint