中学化学中有关铝的实验效果不明揭秘

摘要：中学化学中，有关铝的实验很不明显，长期以来困扰着教学一线实验工作者。笔者通过在教学实践中不懈的探索和努力，经过一系列实验，终于揭开了其中的奥秘；除去铝片（丝、箔）表面的氧化模是做好铝的性质实验的关键；将通过浓的氢氧化钠处理的铝片（丝、箔）来做铝的性质实验效果很好，完全能达到教材所述的理想效果。

关键词：铝的实验 效果不明 系列实验 揭秘

中学化学中，有关铝的实验效果很不明显，长期以来困扰着我们这些实验工作者，通过不懈的探索和努力，终于揭开了其中的奥秘。

在人教版九年级化学(下册)第八单元课题2“金属的化学性质”中，关于金属铝有这样一段描述：铝在空气中与氧气反应，其表面生成一层致密的氧化铝(Al2O3)薄膜，从而阻止铝进一步氧化，因此，铝具有很好的抗腐蚀性能。从上段话中可以得到如下启示：1、铝的化学性质很活泼，在常温下就能与空气中的氧气反应，生成氧化铝。4Al+3O2=2Al2O3 2、氧化铝是致密而坚固的，致密的程度如何呢？ 3、如果用铝与其它物质发生化学反应，铝表面上的氧化膜会影响甚至会阻止反应的进行，怎么办呢？这就是我们需要解决的问题。

在人教版的化学九年级下册第11页中，有这样一个探究实验：把一根用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中，过一会儿取出，观察，有什么现象发生？从理论上讲，这个实验很容易成功的，不就是一个置换发应吗？而在实验操作中却很感意外。实验过程：(1)、反应原理：2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu (2)、实验步骤：a、用砂纸反复打磨铝丝，直到光亮，确信已除掉氧化铝薄膜。b、将铝丝插入装有质量分数为2%的硫酸铜溶液的试管中。c、现象：依稀可以观察到有极少量的红色物质附着铝丝上，溶液的蓝色变化很不明显：。这与理论上的结论相差太大了，什么原因呢？是铝不纯，还是铝表面的氧化膜未除净？还是硫酸铜溶液有问题？于是我又做了另一个实验：将用砂纸打靡过的光亮的铁丝浸入装有硫酸铜溶液的试管中，观察到：铁丝表面有红色物质析出并覆盖在铁丝上，溶液由蓝色逐渐变为浅绿色。反应原理：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4这个实验说明了硫酸铜溶液没有问题，那么问题一定是出在铝丝上。

人教版高一化学第一章第三节“化学反应中的能量变化”有这样一个实验：[实验1-3]在一支试管里加入几小块铝片，再加入5ml盐酸，当反应进行到有大量气泡产生时，用手触摸试管外壁，并用温度计测量溶液的温度变化。第五章第二节“元素周期律”又有这样一个实验：[实验5-2]取一小片铝和一小段镁带，用砂纸擦去表面的氧化膜，分别放入两支试管，再各加入2ml 1mol/L盐酸，观察发生的现象。“[实验3-1]”重在铝与盐酸反应的剧烈程度，通过用手触摸试管外壁和通过温度计测量溶液的温度，直观地感受到和观察到化学反应前后温度的较大变化，从而得到在化学反应中确实存在能量变化。而在实验过程中通过用砂纸打磨过的铝片与3mol/L的盐酸反应的温度变化需要在30min后才能观察到，并且温度变化不很明显，大约从室温可以上升到35℃左右。时间长，效果差，还不如铁与盐酸的反应剧烈。2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑ Fe+2HCl=FeCl2+ H2↑“[实验5-2]”重在比较镁、铝与盐酸反映的剧烈程度，从而对比两者的金属性强弱。在实验过程中，镁带与盐酸反应非常剧烈，有大量的气泡产生，同时放出大量的热。而铝与盐酸反应只有少量的气泡附着在铝片上。从金属活动性强弱来讲，铝仅次于镁，而从实验现象上看，铝的金属性却比镁相差甚远，原因何在呢？

人教版高二化学第四章第一节有“铝箔的燃烧”这个实验。[实验4-1]把2cm×5cm的薄铝箔卷成筒状，内部裹一纸片，铝箔的一端固定在粗铁丝上，点燃纸片，立即伸入盛有氧气的集气瓶中（集气瓶底部要放一些细沙），观察现象。在具体的实验过程中用砂纸反复打磨过的铝箔却不能在氧气中燃烧，分析其原因大致有两点：1、铝箔的氧化膜未除净。2、未达到铝箔的燃点。

上述几个实验都有一个共同的问题，是不是铝表面的氧化膜未除净而影响了实验效果呢？那么又如何除去铝表面的氧化膜呢？前面这几个实验用了两个方法：1、用砂纸反复打磨。由于氧化铝是致密而又坚固的，这个方法是费力而不讨好。2、在盐酸中浸泡。Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O从上面的[实验3-1]和[实验5-2]中可知：在盐酸中浸泡时间长，效果差，这两种方法都不可取。大家知道，Al2O3是两性氧化物，既可以与酸反应，也可以与强碱反应Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O如果将铝片（丝）放入NaOH溶液中浸泡，效果又如何呢？通过反复实验，终于找到一个切实可行的好办法，步骤如下：1、将铝片（丝、箔）投入装有NaOH浓溶液（质量分数为30%，摩尔浓度为6mol/L）的烧杯中浸泡，直到大量气泡产生为止，浸泡时间约为10-12min。反应原理：（1）Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O（2）2Al=2NaOH=2H2O=2NaAlO2+3H2↑因为铝表面的氧化膜与氢氧化钠反应后，里面的铝也会与强碱溶液发生反应，生成氢气。当有大量氢气产生时，说明铝表面的氧化膜已基本除净。2、保存方法：将除去氧化膜的铝片（丝、箔）浸泡在装有煮沸并冷却后的蒸馏水（125ml）的广口瓶中，并在蒸馏水中滴入2-4滴稀硫酸，防止铝片氧化。将通过浓的氢氧化钠溶液处理过的铝片（丝、箔）来重做上面的几个实验，效果很好，完全能够达到书上讲的理想效果。由此可见，如何除去铝片（丝、箔）表面的氧化膜，是做好关于铝的性质实验的关键。

在上述铝丝与硫酸铜溶液的反应中，可以观察到：有大量的红色物质附着在铝丝表面，溶液的蓝色逐渐变成无色。“[实验3-1]”铝与盐酸的反应中，可以观察到，约4分钟后，反应越来越剧烈，试管内有大量气泡产生，铝片的碎屑在气泡中上下翻滚，温度计的指示温度可到达100℃左右，用手触摸试管外壁，很烫，这样的剧烈反应可持续4分钟左右。而“[实验5-2]”镁、铝与盐酸的反应中，观察到两支试管中都有大量的气泡产生，而镁与盐酸的反应要比铝与盐酸反应剧烈，但差距没有那么明显，正说明了铝的金属性仅次于镁。

我想重点谈一下“铝箔的燃烧”实验。要做成功这个实验，仅仅是除掉铝箔表面的氧化膜是不够的，教材上是将铝箔卷成筒状，内裹一纸片，通过点燃纸片来引燃铝箔，实验的成功率很低。因为纸片燃烧放出的热量很难达到铝箔的燃点。我是这样改进的：1、在空气中，用酒精灯火焰去点用氢氧化钠溶液处理过的铝箔，结果点不燃。2、将用砂纸打磨过的镁带镶嵌在用浓氢氧化钠溶液处理过的铝箔的尾端，铝箔的另一端固定在粗铁丝上。(镁带长2cm，铝箔的大小为2cm×5cm)。3、在空气中点燃镁带，当镁带燃烧到与铝箔的镶嵌处时，立即伸入盛有氧气的集气瓶中（集气瓶底部要装入一些细砂）。观察到的现象：铝箔在氧气中剧烈燃烧，放出大量的热和发出耀眼的白光，反应生成的白色的Al2O3飞溅在集气瓶底的细沙上和瓶壁上。实验改进后的优点：1、铝箔在空气中不能直接点燃，而镁带在空气中能直接点燃，说明了镁的金属活动性比铝强。2、镁带燃烧放出的大量热量完全能够达到铝箔在氧气中的燃点，使铝箔在集气瓶中剧烈燃烧。3、实验的成功率可达100%。