鋁熱反應實驗裝置的再改進

孫海龍 于永民

摘要：針對教材中設置的鋁熱反應實驗以及相關文獻中的改進實驗提出不足，從生活化、趣味化、安全化、綠色化等角度對鋁熱反應實驗裝置進行再次改進，實現了裝置簡約、原料易得、經久耐用、綠色環保等目的。

關鍵詞：鋁熱反應；實驗裝置改進；實驗教學

文章編號：1005–6629（2013）8–0038–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

蘇教版化學1（必修）教材在第68頁設置了鋁熱反應實驗[1]，教材以插圖形式呈現鋁熱反應的現象和應用鋁熱反應焊接鐵軌的實物圖，但并沒有給出具體實驗操作步驟。實驗是促進學生學習化學的有效途徑，以往我校高一化學教師講授這一內容時均采用傳統的實驗方案操作[2]，然而演示實驗時我們經常遇到以下情況：鎂條難被點燃，且燃燒時發出的耀眼強光，非常刺眼，對學生眼睛有傷害；紙漏斗內的混合物在較高溫度下發生劇烈反應，生成的紅熱熔融物，常會不定向地從四層紙漏斗的半腰部位燒穿而出，火星四射，熔融物飛濺，燒壞實驗臺或灼傷離實驗臺較近的學生；生成的紅熱熔融物落在下面盛沙的蒸發皿邊緣，蒸發皿邊緣因無沙隔熱受驟燙常會炸裂破碎；實驗過程中，產生大量的濃煙，久久不能散去，嚴重地污染了教室環境，甚至影響到教師的正常授課。因此，該方法并不符合當今低碳、環保教育的理念。

筆者查閱相關的文獻[3～5]，認為《化學教學》（2011年11期）上刊載的“鋁熱反應實驗的改進”更加適合課堂實驗演示，本學期我校高一化學教師在講授“鋁及鋁合金”這一課時，演示實驗均采用該方法，收到了良好的效果，學生表現出濃厚的興趣與積極性。但是由于班級多，實驗所需的試管就多，因而成本較高；實驗時產生的大量白煙并未作任何處理，任其飄散，污染了教室的環境。

針對上述不足，筆者對該實驗進行了再次改進，將“廢物再利用”和“綠色環?！崩砟钜胝n堂：用空心磚孔作反應容器，既可以防止紅熱熔融物四濺，又可以降低實驗成本；用容積約2.5 L的雪碧瓶收集濃煙，既可以防止污染教室內空氣，又有利于培養學生的環保意識。

2 實驗的改進

2.1 實驗目的

利用空心磚孔完成鋁熱反應實驗，證明鋁熱反應是放熱反應；模擬鋁熱反應焊接鐵軌——將兩根鐵絲牢牢地黏結在一起。

2.2 實驗原理

由于鋁和氧有很強的親和力，鋁被用來從其他金屬氧化物中置換出金屬，在反應過程中釋放出來的熱量可以將反應混合物（如Al和Fe2O3的混合物）升至很高的溫度（3273K），使產物金屬熔化。

2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s）

ΔH=-852 kJ·mol-1

2.3 實驗用品

儀器：空心磚孔（2 cm×8.5 cm）、雪碧瓶（約2.5 L）、細沙、藥匙、濕棉布塊、酒精棉簽、小噴霧器（帶噴霧頭的塑料瓶）、石棉絨、φ2.5 mm的鐵絲（2根）、坩堝鉗、剪刀、砂紙、小鐵錘、磁鐵。

試劑：氧化鐵粉末、鋁粉、鎂條、氯酸鉀（研細）。

2.4 實驗裝置

如圖1所示，找一塊空心磚，用小鐵錘敲下其中的一個孔徑，放在水泥地面上將其四周棱角磨平，可以很順利地就磨制成長方體（4 cm×4 cm×8.5 cm）（如圖1-a）；再取一個雪碧瓶（容積約2.5 L），棄去瓶蓋，剪去瓶底，在瓶口處塞滿石棉絨，保持蓬松狀，用作吸煙罩，罩住空心磚孔（如圖1-b）。

2.5 實驗操作、現象及結論

（1）將空心磚孔底部用紙團塞緊，裝入1/2-1/3干燥的細沙，插入兩根鐵絲，使鐵絲下部相互接觸（模擬兩根鐵軌）。為了更容易引燃鎂條，用砂紙將鎂條打磨，去掉表面氧化膜，頂端用剪刀剪成細絲，呈菊花狀。

（2）將3.5 g Fe2O3粉末和1 g鋁粉混合均勻后裝入孔徑內，在距孔徑口1～2 cm處加入1 g研細的氯酸鉀粉末（用藥匙將氯酸鉀與表面藥品略為混合），并在其上部插入一根呈菊花狀的鎂條（約3 cm）。

（3）用小噴霧器向吸煙罩內壁以及石棉絨上噴水霧。在實驗臺上鋪一塊約30 cm×30 cm的濕棉布，把已加好藥品的空心磚孔放置在濕布中央，用點燃的酒精棉球去點燃鎂條，引發反應，迅速用吸煙罩罩住反應裝置。

（4）鎂條劇烈燃燒，先是突然冒出一團白煙，然后立即從孔口噴出紅色火焰，形似節日的煙花，煞是好看。

（5）待冷卻至室溫，吸煙罩內煙霧漸退，向上提吸煙罩，迅速取出磚孔，再放下煙罩。用坩堝鉗取出鐵絲并觀察，鐵絲被牢牢地焊接在一起，再用小鐵錘敲掉熔球，用磁鐵吸引，熔球能被磁鐵吸引，證明有單質鐵生成。

3 改進的優點

（1）裝置簡約：該裝置省去鐵架臺，小巧質輕，便于攜帶，易于推廣。

（2）材料易得：空心磚、雪碧瓶、小噴霧器（帶噴霧頭的塑料瓶）皆為生活中常見的廢棄物，在日常生活中易獲得、易制作，無需成本。

（3）經久耐用：用空心磚孔代替濾紙漏斗、水泥漏斗、小試管等反應容器，具有不破損、不開裂等特點，且可以避免熔融物四濺，安全性能高。

（4）綠色環保：用噴霧法可有效降低實驗造成的煙霧，綠色雪碧瓶既可減少鎂條燃燒帶來的光污染，也可防止煙霧大量外逸而污染教室環境。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2012：68.

[2]王磊.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].濟南：山東科學技術出版社，2008：116.

[3]張秀玲，郭冠朝.鋁熱反應實驗的改進[J].化學教學，2011，（11）：37.

[4]廖清泉.鋁熱反應實驗的改進[J].中學化學教學參考，2010，（9）：46.

[5]朱建兵，姚建軍.關于鋁熱反應實驗三種改進方法的比較與思考[J].化學教學，2013，（4）：56.