鋁熱反應實驗的綠化環保創新進一步改進

摘要：源于人教版高中化學課本中“鋁熱反應的演示實驗”，燃燒生成大量的煙、紅熱現象因濾紙的遮擋不明顯、反應速率又過快而使學生不易觀察清楚，并且鐵珠四濺，容易發生事故。在分析鋁熱反應的不足之后，結合已有的經驗，對實驗的裝置和引燃進行了改進。進而使實驗達到成功率比較高而且綠色環保的目的。

關鍵詞：鋁熱反應；實驗改進：綠色環保

中圖分類號：G633.8 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0266-02

在幾年的教學工作中，筆者深刻感到化學實驗在化學教學的必要性和重要性，但同時也感到有些實驗存在一些不足，比如有的實驗現象不明顯，能見度很低，說服力不強，課堂演示效果差。所以對高中化學課本中鋁熱反應的演示實驗我們提出自己的一些想法。在實際的課堂演示實驗中，實驗裝置需要當堂處理，此裝置屬于臨時反應裝置，即兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起，在裝置中加完藥品，學生只能體會到藥品在裝置中，不能明確是何狀態，不如平時使用的透明玻璃儀器；在反應過程中，藥品在儀器內的變化、發生的實驗現象不明顯，實現開始后，只是看到鎂條劇烈燃燒，反應過程中放出大量的熱，有耀眼的白光；實驗結束后，“有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，仔細觀察，可以發現落下的是鐵珠?！痹趯嶋H的演示實驗中，實驗結束后，我們用磁鐵去吸引生成的鐵珠，并不容易找到。實驗過程中，放出的熱量往往會引燃濾紙，產生濃煙，使教室內空氣受到污染。因此結合同行們對鋁熱反應的創新改進，筆者在目前的教學中，采用如下的演示實驗，效果比較明顯，并且綠色環保。

1.實驗儀器和用品：

平底小試管（10cm×10mm）、3-4cm長的鐵釘、鋁熱劑（Fe2O3、A＼l粉）、砂子、藥匙、鑷子、剪刀、釘錘、坩堝鉗、水、引燃劑（KmnO4、Mg）、甘油。

2.實驗原理：2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe

3.實驗裝置：

4.實驗步驟：

（1）配置按質量比為5：2鋁熱劑。

（2）在平底小試管里加入1/2-1/3干燥的砂子。

（3）用鑷子向把兩支去掉釘帽的鐵釘插入砂中（見圖），并將鐵釘大約1/4部分留在砂外然后用鑷子將鐵釘靠緊。

（4）把混合均勻的鋁熱劑按照質量比為7：2鋪在砂子上面裝滿，并墩實。

（5）在裝好的鋁熱劑上撒上質量比為5：1的引燃劑，將引燃劑堆成錐形，在奇頂部壓一小坑，便于加甘油，將小試管豎直插入盛有砂的蒸發皿中。

（6）在引燃劑上滴上4—5滴甘油，引發反應?？赏瑫r用噴霧器向空氣中噴灑水霧，以防止教室出現過多煙霧，等15秒左右反應就開始。

（7）在反應完全以后，把平底小試管的一端用坩堝鉗夾住并將其敲斷（或者趁熱把少量水滴加在砂與紅熱界面處），把砂子倒出并取出已焊接在一起的兩支鐵釘。

5.注意事項：

（1）平底試管尺寸不要太大，以防熔融物燒漏。

（2）基于砂子品質不同，為了防止砂子中混有少量的石灰石在高溫下產生氣體導致鐵水濺出，所以實驗前先用鹽酸浸泡后晾干在使用。

（3）配置鋁熱劑時，由于Fe2O3易吸潮需烘干，鋁熱劑混合必須均勻，防止結塊。

（4）為了防止反應過程中產生O2引起鐵水濺出進而減緩反應的劇烈程度，我們把還原劑鋁粉的用量（由教材中的5：2改為7：2）。

（5）鋁熱反應非常劇烈，溫度高達2000℃以上，三氧化二鐵在1400℃以上可發生以下反應：6Fe2O3→4Fe3O4+O2↑有氣體產生很危險。

6.實驗的好處：

（1）不使用濾紙而改用玻璃試管的關鍵在于反應過程中現象的觀察。由于試管透明，當反應開始后，學生容易觀察以下現象：①三氧化二鐵和鋁粉在高溫下發生劇烈反應。透過透明的試管，很明顯的看到反應物在試管內由上而下的反應過程，放出的熱使還原出來的鐵熔化，在實驗結束后能明顯看到紅熱的鐵的生成。整個紅熱過程以及鐵水生成和自上而下的熔化流動，使學生能明確感受到反應放出的熱量，而不僅僅是耀眼的白光。②部分埋在鋁熱劑中的鐵釘被炙熱的鐵水焊接在一起；在實驗過程中無鐵珠迸濺，待冷卻至室溫，取出事先埋入細沙中的兩顆鐵釘，會發現兩個鐵釘焊接在一起，足以說明反應中產生了單質鐵，同時也讓學生體會到了鋁熱反應的用途——焊接鐵軌。經過多次試驗以及課堂演示，成功率和安全性都有保證達到綠色環保的要求。

（2）用引燃劑（KmnO4、Mg），甘油來引發反應，方便而無光污染；在反應中用噴霧可有效降低實驗的煙霧，達到了綠色環保的目的。

（3）不使用鐵架臺，簡化了裝置，平底試管可以固定在許多地方（如廢棄的易拉罐經過簡易處理），不受實驗環境的限制，攜帶方便；可以用于演示實驗，也可以用于學生在教室內的分組試驗。

（4）為了檢驗是否有Fe的生成我們在細沙和藥品間埋了鐵釘，不僅簡化了操作過程，而且現象更直觀的觀察出來。

（5）平底試管內干凈的細沙起填充物的作用，這樣起到固定鐵釘的作用；同時可以節約藥品，使可見的實驗現象明顯。

參考文獻：

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