鋁的氧化實驗改進

余瑾 劉林 單穎 張芬

摘要：針對上教版高中化學教材中“鋁的長毛”演示實驗存在的一些不足，進行了實驗改進。改用新鮮剪下的鋁絲及溫度計，省去了打磨鋁片的操作，且僅消耗1滴汞鹽溶液，實驗中能明顯觀察到升溫及“長毛”現象。改進后的實驗演示效果好，操作簡便，試劑用量少，重現性高。

關鍵詞：實驗改進；鋁的氧化；氯化汞；催化作用

文章編號：1005–6629（2016）5–0073–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

鋁的氧化實驗是上海教材高二化學的演示實驗[1]。失去了致密氧化膜保護的鋁片在空氣中與氧氣反應，表面長出白色氧化鋁“毛”并明顯放熱。鋁表面長白毛的過程其實已經是吸氧腐蝕，有文獻提到用X射線衍射儀測試分析該反應產物（產生的白毛）是一種無定形體的水合氧化鋁（Al2O3·nH2O）[2]。

教師在實驗時需將用砂紙打磨后的鋁片的一端插入Hg（NO3）2溶液中約半分鐘，拿出并用濾紙小心吸干、靜置，一段時間后能觀察到鋁片表面長出“白毛”，若用手觸摸鋁片的另一端能感覺到鋁片溫度升高。

鋁片長“毛”的速度受到多種因素的影響。第一，鋁片的打磨，即鋁片表面的氧化膜是否除盡。經多次實驗筆者發現，教師是用砂紙手工打磨的，個人操作效果肯定會有差異，演示的效果就不穩定。查閱相關研究資料后發現[3]，有教師采用氫氧化鈉溶液、沸水和氯化汞溶液除去氧化膜并形成鋁汞齊。這種方法實驗效果很好，也比較穩定，但實驗裝置和操作不夠簡便且實驗耗材多，耗時略長。當然其中用氯化汞替代教材上的硝酸汞是個好建議，有資料顯示：“氯化汞中的氯離子對鋁的吸氧反應有明顯的催化作用。此法（用少量氯化汞溶液制出鋁汞齊的方法）用于鋁和水反應制氫的實驗準備上也同樣有催化作用。[4]”

第二，鋁片表面水分的去除。鋁片表面水分需要吸干，若有水殘留，反應時升溫會變慢，則氧化的速率也就變慢了。然而吸干時如果過分用力，可能會破壞表面的鋁汞齊，一樣會影響實驗效果。

第三，環境因素。該實驗的反應速率會受到環境溫度及空氣濕度等因素影響[5]。

除了反應速率的問題以外，鋁的氧化實驗的現象是否易于感知或被觀察也是該實驗優化需要考慮的。該實驗有兩個明顯現象，一是長“毛”，二是放熱。從演示效果來看，放熱這一現象只能用手接觸鋁片的方法感受，鑒于硝酸汞的毒性，操作存在明顯的安全隱患。

針對這些問題筆者對實驗的設計進行優化。改進后的實驗安全性高、重現性強、操作簡便、試劑耗用極少、現象明顯。

2 實驗儀器及試劑

儀器：剪刀、溫度計（100℃量程）、濾紙、小試管（8×60mm）、鐵架臺、燒杯、漏斗、酒精燈

試劑：鋁片（厚度約0.2～0.3mm）、0.1 mol/L HgCl2溶液、蒸餾水

3 實驗裝置圖及儀器的組裝說明

實驗中需將纏有鋁絲的溫度計懸掛在鐵架臺上，觀察溫度的變化及長“毛”的現象。裝置如圖1所示。

4 實驗操作

（1）用剪刀沿鋁片的一邊剪下一條細鋁條，斷面是未被氧化的光亮的鋁，如圖2所示。

（2）將鋁絲扭成螺旋狀（為了讓“白毛”向四周擴散“生長”），并纏繞在溫度計的水銀球位置，見圖3。

（3）將纏好鋁條的溫度計在0.1 mol/L的HgCl2溶液中蘸一下，時間約3秒鐘，見圖4。

（4）取出后不用吸干直接懸掛在鐵架臺上，估計約1滴HgCl2溶液留在鋁絲上作用產生鋁汞齊。1分鐘左右出現“長毛”現象，通過溫度計讀數觀察，溫度最高會上升至90℃左右，耗時很短。

（5）取下鋁絲卷，置于冷水中，觀察鋁與水的反應，可見水中在鋁絲上方出現許多細而密的小氣泡，遠看似白霧狀，取小試管用排水法收集產生的氣體（見圖5），約1～2分鐘后可收集到半試管氣體，取出小試管并將小試管口靠近燈焰進行檢驗，可聽到清晰的爆鳴聲。

5 改進的意義

（1）實驗操作簡便，重現性強。改用現剪鋁絲的方法代替了砂紙打磨，獲得了大量不含氧化膜的新鮮鋁絲，大大加快了與氧氣的反應速率，實驗耗時短，產生白毛的實驗僅約1分鐘就可以完成。因為放熱明顯，在操作上進一步簡化，省去了濾紙吸干鋁絲的步驟。改進后的實驗受外界環境影響很小。

（2）實驗現象明顯，演示效果好。氧化實驗時“白毛”和升溫兩個現象同時出現，改進后使用溫度計顯示溫度變化，現象直觀，最高反應溫度可達90℃以上。在實驗中隨著反應溫度的升高，還能觀察到有水霧（由水蒸氣形成，是試劑中的水受熱氣化）。

（3）實驗綠色、環保、安全。實驗中HgCl2溶液的用量極少，并且最大程度地減少了實驗者與HgCl2溶液的直接接觸。

參考文獻：

[1]姚子鵬主編.高級中學課本（高中二年級第一學期試用本）[M].上海：上海科學技術出版社，2007：15.

[2]王程杰，李桂林.鋁片長毛實驗中幾個問題的解惑[J].化學教學，2009，（4）：5～7.

[3]葉永謙等.鋁與水反應演示實驗裝置的設計[J].化學教學，2015，（2）：62～63.

[4]王程杰.關注氯離子效應在中學化學實驗中的應用[J].化學教學，2015，（11）：53～58.

[5]姚曉紅主編.高級中學化學實驗手冊·高中（試驗本）[M].上海：上海教育出版社，2015：183.