鋁與水反應實驗的再改進

摘要：鋁絲與水的反應很難達到明顯的實驗效果，為有效除去氧化膜并增強該實驗效果，實驗用Y型管對鋁絲與水的反應裝置進行了改進，選用10%氫氧化鈉溶液去除氧化膜，并在使用二甲苯液封條件下，讓鋁絲在15%氯化鈉溶液中加熱反應，體現了實驗改進的優點和創新性。

關鍵詞：鋁與水反應；氧化膜；Y型管

文章編號：1005-6629（2012）11-0051-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

通常實驗室做鋁絲與水的反應，采用砂紙打磨或用與酸，堿反應的方法除去鋁絲表面的氧化膜，但由于金屬鋁的活潑性，處理過氧化膜的鋁絲在空氣中（開放體系）還是會快速形成氧化膜，導致反應現象受影響。已有研究者設計過該反應的實驗裝置，使純鋁與水在一個封閉體系中反應，但是這些實驗裝置還是存在有待完善的地方，比如：使用u形管加熱位置不易準確把握。于是筆者對此實驗裝置進行了新的改進，不僅裝置更易操作，而且反應現象明顯。

1、實驗原理

取一個Y型管，兩邊的支管里分別裝入水（實為15%氯化鈉溶液，利用氯離子效應，可以加快鋁和水的反應）和10%的氫氧化鈉溶液（均不超過支管容積的2/3，約為30 mL）。考慮到要隔絕空氣，選擇密度比兩者都小的有機溶劑液封。通過查閱資料知道苯，甲苯，乙苯以及二甲苯都滿足該條件，在本實驗的操作中，選用的是二甲苯。當鋁絲穿過有機層（約40 mL）之后，先與堿溶液充分接觸除去表面的氧化膜，然后將鋁絲從堿液中抽出回到有機層。考慮到鋁絲表面還殘留有堿液，將鋁絲在有機層中浸泡一段時間，待到鋁絲表面的氣泡消失時再伸入到另一側的水層中，加熱水層，觀察實驗現象。

2、實驗藥品、儀器及裝置

藥品：鋁絲（1 mmx200 mm），氫氧化鈉溶液（10%），氯化鈉溶液（15%），蒸餾水，二甲苯溶液。

儀器：Y型管，鐵架臺，鐵圈，長導管（25 cm），單孔塞，酒精燈，pH試紙，標準比色卡。

裝置：見圖l（鐵架臺及酒精燈省略）

3、實驗步驟

（1）先把繞成圈的鋁絲（增大反應的接觸面積）伸到水層中加熱，沒有現象（可與后來的加熱作對比，而且可提前趕出溶于水中的氧氣）。

（2）抽出鋁絲穿過二甲苯層后，插入到堿液中，當鋁絲與堿液接觸至表面放出大量氣泡時，可認為表面氧化膜已經去除完全。

（3）再把鋁絲抽出堿液層進入二甲苯層中（由于有部分堿液已經滲入鋁絲，反應不會立刻停止）。經筆者對步驟2和3反復實驗，發現二甲苯層中的鋁絲表面仍會有少量氣泡逸出，所以應該耐心等候，待到不再有氣泡從鋁絲表面逸出時，再把鋁絲抽出插入水層。

（4）觀察水層。不加熱時鋁絲表面現象不明顯，加熱時可以看到有明顯的氣泡從鋁絲表面逸出。

4改進實驗的優點和創新點

（1）裝置簡單化。選取的Y型管可以很好地進行加熱，且加熱位置容易對準。

（2）實驗創新化。選取有機物二甲苯的沸點是138～C，比水的沸點（100～C）高，不會在水沸騰前蒸發。

（3）反應最佳化。經多次試驗證明，本實驗選用鹽酸除鋁表面氧化膜的效果不如氫氧化鈉溶液（有氧化膜的鋁絲在10%的氫氧化鈉溶液中就可以立刻發生反應）。

（4）實驗綠色化。采用長導管可以有效地冷凝回流二甲苯，避免二甲苯受熱后揮發導致環境污染。

（5）實驗嚴謹化。①二甲苯與水不相溶，易分層；密度比水小，在水的上層可以起到隔絕空氣的作用，防止鋁絲的氧化。②查閱文獻知：鋁與水反應時若含有少量的氯離子存在（氯離子效應）會使反應現象更加明顯，本實驗為增強實驗效果，在純水中滴加氯化鈉，反應現象明顯，采用的對比實驗如圖2和圖3所示：有氯離子存在時，鋁水反應放出的氣泡數量要比鋁與純水反應時的多，且速率快。③為證明在堿液中除氧化膜后的鋁絲再插入水中，基本不會引起水的pH變化，現將鋁絲在二甲苯中充分靜置，待到無氣泡后再插入到純水中，用pH試紙對純水進行酸堿性測試，測得pH與標準比色卡的比較結果約為7（如圖4所示）。