鋁熱反應實驗改進

秦琴+喬萌萌+李劍亮

摘 要：鋁熱反應是一種利用鋁的還原性獲得高熔點金屬單質的方法，該實驗是高中化學實驗教學的重點之一。本文根據教學過程中發現教材中關于鋁熱反應實驗存在放出大量煙污染環境、鎂條不易點燃、火星飛濺等安全問題，對本實驗裝置進行了改進。

關鍵詞：鋁熱反應；改進實驗；透明有機玻璃箱

鋁熱反應實驗是高中化學教學中的重點實驗之一，由于反應劇烈，伴有爆炸現象，熔融物紅熱現象明顯，觀看實驗的學生會異常興奮，并留下深刻的印象，課堂氣氛活躍，學生學得津津有味，教師教的也得心應手。但是應用教材的方法進行課堂演示實驗經常會遇到下列情況：

1. 反應是在一個開放的環境下進行，由于反應劇烈，產生大量白煙，久久不能散去，嚴重地污染了教室環境。

2. 用鎂帶點燃，要除去氧化膜，得有耐心和細心。點燃時經常會出現中途熄滅的情況，即使鎂條引燃實驗，但是在過程中產生的白光容易造成學生暫時的視覺損傷，難以清楚觀察反應的真實現象，有些學生甚至將其當成了本實驗的主要現象。

3. 用紙漏斗盛放藥品，由于開口較大，反應過程中火星四射，融化物飛濺，存在一定的安全隱患；紙漏斗也易被引燃，帶火星的紙屑會漂浮在教室內，污染環境。由于紙漏斗的遮擋，使學生只能看到類似燃放煙火的效果，很難全面看到反應的真實現象。

4. 該裝置用來接收實驗殘渣的蒸發皿，根本就不能接大量的高溫殘渣，因而高溫殘渣大部分散落在講臺桌面上，損毀實驗操作臺面。蒸發皿中盛放沙子也會使落下的鐵珠表面污濁不堪。

我們團隊根據此實驗的幾點小的不遂人愿，經過反復試驗，在該實驗的基礎上作了一些創新意義的改進。不僅操作簡便，成功率大大提高，而且收到了很好的實驗效果。具體改進如下：

一、 儀器藥品

（一） 透明有機玻璃箱、橡膠塞、石英玻璃管、點火槍、藥匙、電子秤、鑷子。

（二） 食鹽、氧化鐵粉末、鋁粉、氯酸鉀、火柴。

二、 實驗裝置圖

三、 操作要點

（一） 組裝儀器：

1. 透明有機玻璃箱：

設計一個小型封閉的實驗環境，透明有機玻璃箱的高度一定不能太低，我們的設計與石英玻璃管的選擇是配套的。在有機玻璃箱底部和側面各開一個孔：底部開孔用于放入藥品；側面開孔用于進行點火操作，上部玻璃箱蓋可打開，用于實驗之后對箱體進行清洗。

2. 橡膠塞：

（1） 11號橡膠塞需開孔（不穿透，約2 cm深），以便固定石英玻璃管。

（2） 2號橡膠塞用來封閉點火孔。

3. 石英玻璃管：

內徑20 mm，壁厚2 mm，長度60 mm；用于盛放實驗藥品。

（二） 裝填藥品：

1. 首先加入食鹽（約占石英玻璃管的2/3）

2. 其次插入火柴（火柴頭略露出石英玻璃管口）

3. 再次加入鋁熱劑（三氧化二鐵與鋁粉按質量比5∶2的比例混合均勻，放入石英玻璃管中藥品質量約為2 g）

4. 最后加入KClO3（質量約為1 g）

（三） 操作步驟：

1. 將石英玻璃管插入11號橡膠塞后，將藥品按上述順序依次加入石英玻璃管中，再將11號橡膠塞塞入透明有機玻璃箱底部的裝藥孔中。

2. 將點火槍插入透明有機玻璃箱側面的點火孔中，點燃火柴后，取出點火槍，待鋁熱劑開始反應后將2號橡膠塞塞進側面點火孔中（塞入2號橡膠塞的時機一定要把握好），觀察現象。

3. 反應結束后，將11號橡膠塞從底部取出，更換另一個未打孔的11號橡膠塞塞進底部裝藥孔，展示反應后石英玻璃管。

四、 實驗現象

火星四射，石英玻璃管內的反應物發出耀眼的光芒，在有機玻璃箱內有大量煙塵，將固定石英玻璃管的11號橡膠塞拿出展示，可以清晰的看到產生的融化物的紅熱現象，能夠讓學生深刻地認識到該實驗所放出的大量熱，足以焊接鐵軌。

五、 注意事項

1. 配置鋁熱劑時，混合之前最好將三氧化二鐵烘干，鋁粉選擇顆粒稍細的，防止結塊。對于藥品的配比，我們分別試驗了三氧化二鐵與鋁粉按質量比為7∶2、6∶2、5∶2，最后發現5∶2的效果最好。

2. 引燃劑所使用的火柴最好選擇火柴頭比較大的，插入三到五根，火柴頭插入位置一定要高過石英玻璃管口，否則很難引燃。按照上述儀器的選擇，經過反復試驗，選擇五根火柴，引燃的成功率接近100%。

3. 用2號橡膠塞堵塞點火孔時一定要把握時機，如果點燃火柴立刻堵塞的話，反應會立刻停止，我們認為反應的成功應需要足夠的氧氣。

4. 有機玻璃箱高度選擇適當，開始實驗時只要將上部箱口均勻涂抹凡士林，蓋上上蓋就能很好的將實驗環境封閉，無煙泄漏。

六、 實驗優點

1. 現象精彩，產品美觀

本實驗采用的耐高溫石英玻璃管，可以讓學生清楚的看到鐵水在管中流動的現象。采用食鹽代替細沙，食鹽在鐵球表面容易融化，不會附著在鐵球表面，更便于觀察其顏色，得到的鐵球外形也更趨于球形。

2. 操作簡單，儀器可重復使用

該實驗只要按照上述要求盛裝藥品，采用火柴引燃，都可以達到實驗預期的效果，實驗完成后可用強力磁鐵檢驗產生的產物。采用的透明有機玻璃箱和石英玻璃管價格不高，實驗后進行簡單的清洗都可以重復使用。

3. 實驗安全，無污染

密閉的操作環境將實驗產生的大量煙塵封閉起來，不影響實驗后的教學環境，由于有透明有機玻璃箱做保護，點火之后不需要離開實驗場所，實驗現象也可以通過實物投影直接展示。所以可以選擇學生來進行引燃，既增加了學生在課堂演示實驗中的參與度，又提高了學生的學習興趣。

作者簡介：

秦琴，喬萌萌，李劍亮，江蘇省徐州市第一中學。endprint