鋁與硫酸銅溶液反應的適宜條件探究

李耀軍+金東升+余新紅

摘要：鋁與硫酸銅溶液反應演示實驗的教學效果不很理想，為此進行了實驗改進探究，得出了鋁與硫酸銅溶液反應的適宜條件：（1）加入少許食鹽；（2）將鋁制導線或鋁條進行打磨并經酸化處理；（3）溫度調節為30～40℃。改進后的實驗方法簡單、實用，效果明顯。另對該實驗條件的控制進行了相關的討論。

關鍵詞：鋁；硫酸銅溶液；反應條件探索；演示實驗改進

文章編號：1005–6629（2015）8–0054–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

人民教育出版社（2007年版）普通高中課程標準實驗教科書化學1（必修）P46圖3-2有關金屬化學性質的一些實驗圖片中，第一幅為鋁與硫酸銅溶液反應的效果圖[1]：銅樹美觀大方，溶液界面清晰。看似簡單的實驗，成功率應該很高，但無論在文獻上，還是教學實際中均有該實驗現象不明顯甚至失敗的報道。筆者對該實驗進行了深入細致的實驗探究，獲得了較滿意的實驗效果。

1 實驗藥品及實驗儀器

直徑2.5mm的粗鋁制導線或0.5mm厚的鋁條、飽和硫酸銅溶液、稀鹽酸、食鹽、試管、水浴鍋、砂紙

2 實驗方法及步驟

（1）在20mL規格的大試管中加入約2/3體積（12mL）的飽和硫酸銅溶液，控制溶液溫度30～40℃（可用水浴鍋加熱），再加入約2g食鹽，振蕩，使之完全溶解并混合均勻。

（2）用砂紙打磨好鋁制導線或鋁條，并彎成螺旋狀。然后把螺旋狀鋁制導線或鋁條伸入到鹽酸溶液中，待看到鋁制導線或鋁條上有氣泡冒出時，取出并立即插到事先準備好的飽和硫酸銅溶液中。

3 實驗現象

鋁制導線或鋁條表面可在十分鐘內形成銅樹，溶液界面清晰，幾乎達到課本圖片的效果（如圖1、圖2所示）。

（2）加食鹽是本實驗成功的關鍵之二。其作用可以視為Cl-的催化作用，即Cl-有加速金屬由原子變為離子的催化作用。

一般說來，穩態和亞穩態的金屬表面總是或多或少地處于一種鈍態，Cl-能使這些處于鈍態的金屬表面重新活化，使它成為能發生氧化還原反應的活性中心。從微觀角度講，NaCl、KCl等可溶性鹽酸鹽的溶解性好，Cl-的濃度大，數量多，離子體積小，它能穿過金屬表面的氧化膜（或稱鈍化膜），并能被吸附在氧化膜上，進而取代氧化膜中的氧原子，使具有保護作用的氧化膜變為可溶性的氯化物，從而向反應溶液提供大量的金屬表面活性中心，促進了金屬在電解質溶液中的陽極氧化過程。因此，但凡在有金屬參與的化學反應中，只要向反應溶液添加少量的鹽酸或可溶性鹽酸鹽，即提供一定量的Cl-，實際上就成為活化金屬表面的一種方法，起到加快金屬氧化反應速度的作用[2]。

如果直接選用CuCl2來做這個實驗，CuCl2溶液的濃度不能太大，否則由于CuCl2與Al的反應速率過快，生成的Cu不易附著在鋁條上；另一方面，反應放出的熱會促進反應CuCl2+Cu=2CuCl的發生，使CuCl（難溶）微粒分散在CuCl2溶液中，形成深棕黑色溶液；其次NaCl比CuCl2售價低，經濟效益好。這幾點也是筆者認為課本實驗沒有選用CuCl2的原因。

（3）鋁材的選擇也影響實驗效果。本實驗用鋁制導線比鋁條效果好。由于實驗室的鋁條太薄，在實驗過程中會形成鋁銅原電池，導致中途鋁條斷裂，使實驗失敗（如圖3所示）。若用0.5mm厚的鋁條進行實驗，最好用細線把鋁條懸掛在飽和的硫酸銅溶液中（注意鋁條要完全浸沒在溶液中），也可以取得同樣的效果。

5 實驗評價

本實驗通過對鋁與硫酸銅溶液反應形成銅樹的反應條件的控制，縮短了反應時間，方法簡單，效果明顯，值得推廣。

參考文獻：

[1]人民教育出版社等編著.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：46.

[2]劉懷樂.食鹽在化學實驗中的幾處妙用[J].化學教學，2005，（11）：4～5.

[3]《無機化學演示實驗》編寫組.無機化學演示實驗[M].北京：高等教育出版社，1980：315.