鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用

盧晴川

摘 要 鋁熱反應(yīng)是鋁的一個重要性質(zhì)，反應(yīng)強(qiáng)烈，被稱為“十大令人驚異的化學(xué)反應(yīng)”之一。鋁熱反應(yīng)在生產(chǎn)生活中有著廣泛的用途，在軍事上被用來制作穿甲彈，網(wǎng)上還對“鋁熱反應(yīng)會不會被恐怖分子運(yùn)用簡單手法實(shí)施恐怖活動”、“以鋁熱反應(yīng)為基礎(chǔ)制作單兵武器的可能性有多大”進(jìn)行了熱烈的討論，這引起了我這個“軍事迷”的濃厚興趣。結(jié)合書本上的知識和多次的鋁熱實(shí)驗(yàn)，本文總結(jié)出了實(shí)驗(yàn)原理、步驟、現(xiàn)象和注意事項(xiàng)等，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，并延伸到鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞 鋁熱反應(yīng) 氧化還原反應(yīng) 應(yīng)用

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解鋁的活潑性和強(qiáng)還原性，加深鋁熱反應(yīng)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的理解。

2實(shí)驗(yàn)原理

鋁熱反應(yīng)：鋁和Fe2O3、Cr2O3、V2O5等某些金屬氧化物組成的混合物（即鋁熱劑），在高溫條件下，發(fā)生劇烈反應(yīng)并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)。

鋁熱反應(yīng)常用Al和Fe2O3作反應(yīng)物，其反應(yīng)方程式如下：

2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe

3實(shí)驗(yàn)用品

濾紙、坩堝、噴火槍、鐵架臺、砂紙、藥匙及鋁粉、三氧化二鐵粉末、鎂條、氯酸鉀、沙子（見圖1）。

4實(shí)驗(yàn)步驟

（1）調(diào)整鐵架臺至合適的高度。取兩張濾紙分別折疊成漏斗狀，將其中一個取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一個漏斗套在一起；

（2）取鋁和氧化鐵的粉末，按照質(zhì)量比約為1：3（體積比約為2：1），均勻混合作為鋁熱劑，裝入鐵架臺上的紙漏斗中。鋁粉也可稍微過量，以使金屬氧化物完全反應(yīng)；

（3）在紙漏斗正下方放置裝滿沙子的坩堝；

（4）將少量的氯酸鉀粉末充分研磨，作為助燃劑，撒在鋁熱劑中部；

（5）取一根10cm左右的鎂條作為引燃劑，用砂紙打磨干凈，插入鋁熱劑中間位置；

（6）用噴火槍點(diǎn)燃鎂條，迅速撤離至合適的距離。

（7）觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，待反應(yīng)物自然冷卻后，及時整理工作臺和實(shí)驗(yàn)用品。

5實(shí)驗(yàn)分析

鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，使氧化鐵粉末和鋁粉在高溫下發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，體現(xiàn)了鋁的強(qiáng)還原性。根據(jù)能量守恒定律，生成物較反應(yīng)物所減少的化學(xué)能會以熱能、光能等形式放出，由于氧化鋁的生成焓（-1645KJ/mol）極低，因而鋁熱反應(yīng)會放出大量的熱，發(fā)出耀眼的強(qiáng)光和大量火星，使生成的金屬物以熔融態(tài)出現(xiàn)，產(chǎn)生壯觀的場景。

6實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）鋁熱反應(yīng)會有900～1500℃高溫熔融物噴濺，容易造成化學(xué)燙傷、化學(xué)爆炸等事故，具有很大的危險(xiǎn)性，建議一般不要做此實(shí)驗(yàn)。

（2）如果對鋁熱反應(yīng)感興趣，可以在教師的指導(dǎo)下選擇室外或者有防火措施的房間進(jìn)行，切忌在反應(yīng)物附近堆放可燃物、易燃物或玻璃等易爆物品。在點(diǎn)燃反應(yīng)物之前，先撤離周圍人員，并保持十五米以上距離。點(diǎn)燃鎂帶后，要趕快撤離，實(shí)驗(yàn)者必須戴墨鏡或防強(qiáng)光的設(shè)備觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以防止強(qiáng)光灼傷眼睛。

（3）實(shí)驗(yàn)時，鎂條必須打磨光亮或酸洗以除掉氧化膜，10厘米左右，太短熱量不夠，太長造成浪費(fèi)。在承接容器內(nèi)應(yīng)使用沙子，不能加水，否則熔融金屬會與水反應(yīng)生成氫氣發(fā)生爆炸或者使水迅速沸騰導(dǎo)致液態(tài)金屬飛濺。氯酸鉀作氧化劑時劑量應(yīng)少，否則氣體劇烈膨脹會引起物理爆炸以及鋁粉與氯酸鉀劇烈反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)爆炸。反應(yīng)結(jié)束后，切不可用水澆滅，要等其自然冷卻。

7鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用

（1）鋁熱反應(yīng)十分強(qiáng)烈，而且點(diǎn)燃后難以熄滅，能放出大量的熱使金屬熔化，其中軍用的鋁熱劑溫度甚至能達(dá)到3000℃，因此，鋁熱劑常被用于制作穿甲彈，利用高溫金屬射流來熔穿坦克裝甲。

（2）鋁熱反應(yīng)放出大量的熱，置換出的鐵以熔融態(tài)形式流出，讓熔融的鐵流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結(jié)在一起。故鋁熱法廣泛運(yùn)用于焊接鋼軌及搶險(xiǎn)工程。

（3）在煙火劑中增加鋁粉、鎂鋁合金粉等金屬粉，藥劑燃燒時可生成固體和液體生成物，產(chǎn)生大量的光能和熱輻射，能產(chǎn)生發(fā)光、焰色、聲響和發(fā)煙效應(yīng)，五彩繽紛，令人眼花繚亂、嘆為觀止。利用這種發(fā)光作用，還可制造出形狀不同的各種照明燈（彈）。

（4）用某些金屬氧化物代替氧化鐵，也可以做鋁熱劑，當(dāng)鋁粉跟這些金屬氧化物反應(yīng)時，使被還原的金屬在較高溫度下呈熔融狀態(tài)，跟形成的熔渣分離開來，從而獲得較純的金屬，在工業(yè)上常用這種方法冶煉高熔點(diǎn)的金屬，如釩、鉻、錳等。

（指導(dǎo)教師：胡 靜）

參考文獻(xiàn)

[1] 岳明凱，曲家惠.穿甲彈彈芯材料的發(fā)展趨勢研究[J].飛航導(dǎo)彈，2010（12）.