鋁的氧化實驗改進

余瑾 劉林 單穎 張芬

摘要：針對上教版高中化學(xué)教材中“鋁的長毛”演示實驗存在的一些不足，進行了實驗改進。改用新鮮剪下的鋁絲及溫度計，省去了打磨鋁片的操作，且僅消耗1滴汞鹽溶液，實驗中能明顯觀察到升溫及“長毛”現(xiàn)象。改進后的實驗演示效果好，操作簡便，試劑用量少，重現(xiàn)性高。

關(guān)鍵詞：實驗改進；鋁的氧化；氯化汞；催化作用

文章編號：1005–6629（2016）5–0073–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

鋁的氧化實驗是上海教材高二化學(xué)的演示實驗[1]。失去了致密氧化膜保護的鋁片在空氣中與氧氣反應(yīng)，表面長出白色氧化鋁“毛”并明顯放熱。鋁表面長白毛的過程其實已經(jīng)是吸氧腐蝕，有文獻提到用X射線衍射儀測試分析該反應(yīng)產(chǎn)物（產(chǎn)生的白毛）是一種無定形體的水合氧化鋁（Al2O3·nH2O）[2]。

教師在實驗時需將用砂紙打磨后的鋁片的一端插入Hg（NO3）2溶液中約半分鐘，拿出并用濾紙小心吸干、靜置，一段時間后能觀察到鋁片表面長出“白毛”，若用手觸摸鋁片的另一端能感覺到鋁片溫度升高。

鋁片長“毛”的速度受到多種因素的影響。第一，鋁片的打磨，即鋁片表面的氧化膜是否除盡。經(jīng)多次實驗筆者發(fā)現(xiàn)，教師是用砂紙手工打磨的，個人操作效果肯定會有差異，演示的效果就不穩(wěn)定。查閱相關(guān)研究資料后發(fā)現(xiàn)[3]，有教師采用氫氧化鈉溶液、沸水和氯化汞溶液除去氧化膜并形成鋁汞齊。這種方法實驗效果很好，也比較穩(wěn)定，但實驗裝置和操作不夠簡便且實驗耗材多，耗時略長。當(dāng)然其中用氯化汞替代教材上的硝酸汞是個好建議，有資料顯示：“氯化汞中的氯離子對鋁的吸氧反應(yīng)有明顯的催化作用。此法（用少量氯化汞溶液制出鋁汞齊的方法）用于鋁和水反應(yīng)制氫的實驗準備上也同樣有催化作用。[4]”

第二，鋁片表面水分的去除。鋁片表面水分需要吸干，若有水殘留，反應(yīng)時升溫會變慢，則氧化的速率也就變慢了。然而吸干時如果過分用力，可能會破壞表面的鋁汞齊，一樣會影響實驗效果。

第三，環(huán)境因素。該實驗的反應(yīng)速率會受到環(huán)境溫度及空氣濕度等因素影響[5]。

除了反應(yīng)速率的問題以外，鋁的氧化實驗的現(xiàn)象是否易于感知或被觀察也是該實驗優(yōu)化需要考慮的。該實驗有兩個明顯現(xiàn)象，一是長“毛”，二是放熱。從演示效果來看，放熱這一現(xiàn)象只能用手接觸鋁片的方法感受，鑒于硝酸汞的毒性，操作存在明顯的安全隱患。

針對這些問題筆者對實驗的設(shè)計進行優(yōu)化。改進后的實驗安全性高、重現(xiàn)性強、操作簡便、試劑耗用極少、現(xiàn)象明顯。

2 實驗儀器及試劑

儀器：剪刀、溫度計（100℃量程）、濾紙、小試管（8×60mm）、鐵架臺、燒杯、漏斗、酒精燈

試劑：鋁片（厚度約0.2～0.3mm）、0.1 mol/L HgCl2溶液、蒸餾水

3 實驗裝置圖及儀器的組裝說明

實驗中需將纏有鋁絲的溫度計懸掛在鐵架臺上，觀察溫度的變化及長“毛”的現(xiàn)象。裝置如圖1所示。

4 實驗操作

（1）用剪刀沿鋁片的一邊剪下一條細鋁條，斷面是未被氧化的光亮的鋁，如圖2所示。

（2）將鋁絲扭成螺旋狀（為了讓“白毛”向四周擴散“生長”），并纏繞在溫度計的水銀球位置，見圖3。

（3）將纏好鋁條的溫度計在0.1 mol/L的HgCl2溶液中蘸一下，時間約3秒鐘，見圖4。

（4）取出后不用吸干直接懸掛在鐵架臺上，估計約1滴HgCl2溶液留在鋁絲上作用產(chǎn)生鋁汞齊。1分鐘左右出現(xiàn)“長毛”現(xiàn)象，通過溫度計讀數(shù)觀察，溫度最高會上升至90℃左右，耗時很短。

（5）取下鋁絲卷，置于冷水中，觀察鋁與水的反應(yīng)，可見水中在鋁絲上方出現(xiàn)許多細而密的小氣泡，遠看似白霧狀，取小試管用排水法收集產(chǎn)生的氣體（見圖5），約1～2分鐘后可收集到半試管氣體，取出小試管并將小試管口靠近燈焰進行檢驗，可聽到清晰的爆鳴聲。

5 改進的意義

（1）實驗操作簡便，重現(xiàn)性強。改用現(xiàn)剪鋁絲的方法代替了砂紙打磨，獲得了大量不含氧化膜的新鮮鋁絲，大大加快了與氧氣的反應(yīng)速率，實驗耗時短，產(chǎn)生白毛的實驗僅約1分鐘就可以完成。因為放熱明顯，在操作上進一步簡化，省去了濾紙吸干鋁絲的步驟。改進后的實驗受外界環(huán)境影響很小。

（2）實驗現(xiàn)象明顯，演示效果好。氧化實驗時“白毛”和升溫兩個現(xiàn)象同時出現(xiàn)，改進后使用溫度計顯示溫度變化，現(xiàn)象直觀，最高反應(yīng)溫度可達90℃以上。在實驗中隨著反應(yīng)溫度的升高，還能觀察到有水霧（由水蒸氣形成，是試劑中的水受熱氣化）。

（3）實驗綠色、環(huán)保、安全。實驗中HgCl2溶液的用量極少，并且最大程度地減少了實驗者與HgCl2溶液的直接接觸。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高級中學(xué)課本（高中二年級第一學(xué)期試用本）[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2007：15.

[2]王程杰，李桂林.鋁片長毛實驗中幾個問題的解惑[J].化學(xué)教學(xué)，2009，（4）：5～7.

[3]葉永謙等.鋁與水反應(yīng)演示實驗裝置的設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（2）：62～63.

[4]王程杰.關(guān)注氯離子效應(yīng)在中學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（11）：53～58.

[5]姚曉紅主編.高級中學(xué)化學(xué)實驗手冊·高中（試驗本）[M].上海：上海教育出版社，2015：183.