鋁鈍化實驗的拓展性研究

顏炳忠

鋁鈍化實驗的拓展性研究

顏炳忠

（蘇州大學附屬中學江蘇蘇州215006）

現行的蘇教版高一化學教材中,在鋁的性質介紹里增加了鋁在冷的濃硫酸和冷的濃硝酸的鈍化實驗。若只是依教材完成這個實驗,則并不能很好激發出學生的學習積極性和主觀能動性,要是能在整個教學過程中進行合理聯系和精心拓展,就可能會充分調動起學生學習化學的熱情,會使同學們增強對化學的理解,增加他們對化學科學探索的興趣和勇氣,會取得一箭多雕的效果。在教學研究過程中,我對此進行了一些探索,并取得了非常好的效果,現將探索結果共享如下。

實驗準備：濃硫酸適量、0.2mm厚度的鋁箔、蒸餾水、氯化鈉晶體、(稀鹽酸、硫酸鈉晶體、稀硫酸)砂紙、膠頭滴管、試管、酒精燈等。

探究過程：

1.取濃硫酸約2mL加入一支小試管中,再向其中加入一小塊打磨去表面氧化膜的鋁箔,觀察一會兒,無明顯現象(注：若時間長了,會看到少量細小氣泡懸浮在濃硫酸中,正好說明鈍化不是不反應)。

2.向無明顯現象的該試管中加幾滴水(注意要將試管傾斜,使水沿試管內壁流入),輕輕振蕩,觀察到的現象是：反應立即劇烈進行,產生大量氣泡。這時其實是水與濃硫酸混合產生的熱量使原冷的濃硫酸變成了熱的濃硫酸從而使鈍化膜被破壞,繼而反應產生了二氧化硫氣體——有兩種方法可證明SO2的生成：①聞氣味法,有能使人感覺胸悶咳嗽的有刺激性氣味的氣體生成,這是二氧化硫的特殊氣味;②漂白法,用濕潤的品紅試紙放在試管口,試紙褪色,若在酒精燈火焰旁烘烤一下則又恢復為紅色,這是二氧化硫漂白的特征。學生們會非常興奮的。

3.向此試管中繼續加水約為原濃硫酸體積的3到4倍左右,使其變成稀硫酸,此時又可觀察到反應速度馬上變得很慢,學生覺得不解,因為他們的印象中鋁和稀酸應該很容易反應的。不曾想到鋁與稀硫酸的反應居然有出乎意料的情況。

但更出乎他們意料的事情還在接下來的實驗中呢。

4.再向此反應速度很慢的試管中加進少量的氯化鈉晶體,振蕩,反應立即劇烈進行,產生大量氣泡。這是什么氣體,學生很容易設計實驗方案驗證產生了氫氣。但學生心中卻不自覺地產生了一個巨大的問號,是什么原因導致了這個現象？

學生的情緒在這樣不斷變化的沖擊中被完全調動了起來,學生們自然而然地想搞清楚這些現象的產生都是因為什么了。此時再結合教材給出答案：氯離子對金屬鋁制品的破壞作用。學生會在極強的感官沖擊下極易接受并對鋁制品在使用過程的注意點有一個明確的認識(教材中的實驗要耗費2～3天時間,效果且不去管它)。

后來,我對此實驗又進行了進一步的探索,設計是這樣的：

1.［實驗A］用未打磨去氧化膜的鋁片放入兩支盛有同濃度冷的稀硫酸的試管中,實驗如下表：

實驗未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀硫酸+少量氯化鈉晶體未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀硫酸現象幾秒鐘即開始反應,且越來越快較長時間后仍無明顯現象結論氯離子對鋁的鈍化膜有明顯的破壞作用鋁的鈍化膜對H+有保護作用

說明：加了氯化鈉晶體的試管中的現象：一個半小時后鋁已基本耗盡,而未加氯化鈉晶體的試管中還沒有明顯變化。

2.［實驗B］用未打磨去氧化膜的鋁片放入兩支盛有同濃度冷的很稀鹽酸的試管中,實驗如下表：

實驗未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀鹽酸+適量氯化鈉晶體未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀鹽酸現象幾秒鐘即開始反應,且越來越快幾分鐘后開始有氣泡,但較長時間后速率仍較慢(時間長短決定于鹽酸的濃度的相對大小結論溶液中氯離子越高,則其對鋁的鈍化膜的破壞作用就越明顯

說明：經一個半小時后加氯化鈉晶體的鋁片已經反應完,而未加的還在繼續反應。

在上表結論的類似的解釋中,有一種觀點認為硫酸根離子對H+與鋁的反應起了阻礙作用,于是我又設計了一個實驗試圖進行對此進行驗證：

3.［實驗C］用未打磨去氧化膜的鋁片放入兩支盛有同濃度冷的很稀鹽酸的試管中,實驗如下表：

實驗未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀鹽酸+適量硫酸鈉晶體未打磨去氧化膜的鋁片+冷的稀鹽酸較長時間后鋁片表面產生氣泡,且速率明顯高于加入硫酸鈉晶體的一個結論溶液中硫酸根離子對鋁與酸的反應產生了抑制作用現象較長時間后,鋁片表面產生少量氣泡

說明：反應一段時間后未加硫酸鈉晶體的試管中的現象：產生氣體將鋁片托起,而硫酸鈉晶體則慢了許多。反應開始五個小時后,未加硫酸鈉的鋁片早已經反應完,而加了硫酸鈉晶體的則還在繼續反應。

至于氯離子對鋁鈍化膜的破壞原理,有很多人做了很多探索性的研究,本文不做探討。僅就上述實驗總結如下：

效果：此實驗的拓展是我在一次我校對外交流課上進行的,所有聽課老師都覺得耳目一新,學生也都驚詫不已。更重要的學生們探究的熱情也被完全調動了起來。

優點：在學生做了稀酸、堿與鋁反應的實驗后,立即以濃硫酸、濃硝酸對比,學生的第一反應是：反應一定會更快,而結果出其不意,此其一。鋁的鈍化膜是有“天敵”的,無需過多的語言解釋,學生已經心領神會,此其二。而氯離子能加速鋁腐蝕,教材上以一個耗時2～3天的實驗來說明此事,雖有效果,但缺少心靈的沖擊力,此其三。讓學生在學習中學會探索,則是我最大的心愿,相信此時達到了,此其四。

感想：在一個真正創新型的社會里,人的探索精神無疑是最為可貴的。但探索精神的培養與獲得只靠單純教授課本知識是不可能實現的。這就要求作為教師的我們在平時的教學中能夠勇于探索,再將這些成果更重要的這些方法或態度在教學過程中傳導給自己的學生,或是用這樣的態度對他們起到潛移默化、潤物無聲的影響才是真正重要的。這大概才是“授之魚,不如授之以漁”真正的含義吧。

1008-0546（2013）05-091-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.05.042