為什么鋁遇濃硝酸的鈍化反應不能混入氯化物

左艷

摘 要：在學習濃硝酸性質的過程中，鋁遇濃硝酸時會在表面生成致密的氧化膜而發(fā)生鈍化，常常在教學中要提示學生，在鈍化實驗中不能混進氯化物。會發(fā)生氯離子效應。那么，在濃硝酸溶液中如果加入了氯化鈉后，溶液會顯現黃色。針對濃硝酸遇氯化鈉后溶液會變黃的異?，F象本人進行了分析和研究，經過做過若干個實驗后得出了，在一定條件下濃硝酸能氧化氯離子的實驗結論和若干教學啟示。

關鍵詞：濃硝酸 溶液變黃 氯化鈉 氯化亞硝酰

一、問題的提出

在常溫下，鋁遇濃硝酸時會在表面生成致密的氧化膜而發(fā)生鈍化，從而阻止內部金屬繼續(xù)發(fā)生化學反應，而NaCL等一些可溶性的鹽溶液，由于氯離子濃度高，數量多，離子體積小，能穿過金屬表面氧化膜（或稱鈍化膜）取代其中的氧原子，使具有保護作用的氧化膜變成可溶性的氯化物，活化金屬表面，促進金屬在電解質溶液中持續(xù)氧化，既通常所說的氯離子效應。所以常常在教學中要提示學生，在鈍化實驗中不能混進氯化物。

由于十分強調鈍化實驗中不能混進氯化物，有的學生就反而對此有了疑問，便提出過這樣的問題，鋁遇濃硝酸時會在表面生成致密的氧化膜而發(fā)生鈍化，那么如果向此溶液中再加入NaCL溶液會發(fā)生什么現象哪？這是一個新的問題。以前，我們往往在教學中向學生提出此問題的注意而沒有真正的去探究一下真的去做一下會出現什么現象，忽略了對此問題的探究。針對這個問題，我們馬上做了如下的實驗，用實驗來探索一下這個問題。

二、實驗過程

1.室溫下，取一小片鋁，放入試管中，加入3毫升的濃硝酸，鋁片表面無明顯變化，溶液為無色（鈍化）；繼續(xù)加0.5毫升的飽和氯化鈉溶液，震蕩靜止，溶液中出現許多細小氣泡，溶液顏色變?yōu)辄S色，鋁片表面也逐漸附有少量氣泡，試管口有明顯的刺激性氣味并可使?jié)駶櫟腒I淀粉試劑變藍（檢驗Cl2存在），溶液久置后最終加深為橙色。取上層橙色清液，加熱煮沸至溶液無色后冷卻，用氨水調至PH值為4～5，再加幾滴鋁試劑（金黃色素三羥酸銨）溶液顯粉紅色。若繼續(xù)加氨水至堿性后加熱，可看到有少量紅色絮狀沉淀生成（紅色是色素的顏色，為了現象明顯）。說明原反應后的溶液中存在AL3+，但離子濃度較低。

為確定實驗1硝酸溶液顏色改變是由于在CL-作用下鋁片與硝酸反應生成的NO2溶解其中，或是濃硝酸遇到飽和氯化鈉溶液后其他因素可能導致的結果，我們補充了實驗2作為對照。

2.用試管取3ML濃硝酸，溶液無色，加0.5ML飽和氯化鈉溶液，震蕩靜止，溶液中出現許多細小氣泡，并逐漸顯淺黃色，久置后為橙紅色；試管口有明顯的刺激性氣味，用濕潤的KI試紙接近試管口即刻變藍。

從實驗1中不難發(fā)現，鋁片遇濃硝酸鈍化后再加氯化鈉溶液，溶液中AL3+濃度不高，即CL-對鋁表面的鈍化膜的破壞作用不強。對照實驗2我們認為實驗1中溶液變黃的主要原因是濃硝酸與加入的氯化鈉發(fā)生了反應。

3.取A、B、C、D、四只小試管各取2ML濃硝酸，然后向四只試管中分別滴加2滴濃鹽酸、濃硫酸、飽和硫酸鈉溶液和蒸餾水。震蕩靜止。最后發(fā)現，只有試管A中溶液變?yōu)辄S色，其他三只試管中溶液顏色無明顯變化。

因此，可以確定的是，Na+對濃硝酸的變黃沒有影響，CL-的加入是混合溶液變黃的根本原因。那么，難道是CL-對濃硝酸的分解有催化作用嗎？眾所周知，催化劑能改變化學反應速率，但反應前后的質量和化學性質是保持不變的?；谶@樣的考量，我們又設計了實驗4繼續(xù)探究。

4.取A、B、兩只試管分別加入2ML實驗2產生的橙紅色溶液。向A中滴加幾滴硝酸銀溶液，出現白色沉淀，溶液顏色略變淺。將試管B放在70度左右的水中進行水浴加熱，開始時試管上方的氣體變?yōu)榧t棕色又逐漸褪去，溶液的橙紅色逐漸變淺，持續(xù)加熱一段時間后溶液最終變?yōu)闊o色。靜止冷卻，若再向該溶液中滴加硝酸銀溶液，并無白色沉淀生成。

通過水浴加熱，橙紅色溶液完全褪色，且無法檢測出CL-的存在，那是否是在酸性條件下CL-以HCL形式揮發(fā)完全了那？通過下面的實驗來驗證一下推論：取一只試管加入2ML0.1MOL/L的稀鹽酸，放在80℃水浴中加入熱，即使持續(xù)加熱4個小時，當滴加硝酸銀溶液時還是能看見有白色沉淀生成，說明仍然有CL-存在。可見，水浴加熱溶液后CL-消失的主要原因不應歸結為氯化氫的揮發(fā)。因此，濃硝酸與氯化鈉溶液變黃的原因也不應當是CL-催化分解硝酸的原因。

5.室溫（11.3℃）下，取一只分流試管。在分流管上連接一個注射器，在管和注射器之間放上一個止水夾，用一個膠塞將試管口密封，安裝完儀器后，先檢查儀器的氣密性，再向試管中加入1g氯化鈉晶體及3ML濃硝酸。打開止水夾，一段時間后注射器內即可收集到黃色氣體。若在注射器內與先放一張濕潤的紅紙。紅紙很快褪色（Cl2的漂白性）。若取下注射器，吸取適量蒸餾水并震蕩，氣體顏色褪去，吸入氯氣又變成淺黃色；推出注射器內液體，滴加石蕊試劑會變紅，滴加硝酸銀溶液會出現大量白色沉淀。

三、結論

綜上實驗，我們有理由相信，濃硝酸會與CL-發(fā)生氧化還原反應。實驗5對氣體生成實驗的檢驗也證實了產物中有Cl2等的存在。所以，在進行鈍化實驗的過程中不能混入可溶性氯化物。探究到此，關于濃硝酸遇氯化鈉時出現的現象的起因似乎已有定論，但學生們還意猶未盡，對這一結論仍心存疑慮，提出：既然濃硝酸能將CL-氧化成Cl2，為什么還要用濃硝酸與濃鹽酸混合來配制王水呢？

查閱文獻時，記載著這樣一段話“濃硝酸與濃鹽酸按1：3體積比混合的溶液叫王水，王水能溶解不能與硝酸作用的金屬，如，Au、Pt等，Au、Pt等能與王水作用，不僅是因為王水中有HNO3，而且還有Cl2、NOCl（氯化亞硝酰）等強氧化劑HNO3+3HCl= Cl2↑+ NOCl+2H2O…”

在資料中還查閱到，NOCl（氯化亞硝酰）是一種橙黃色氣體或深紅色液體，沸點-5.5℃，受熱易分解，遇水反應生成亞硝酸、硝酸、一氧化氮和H Cl。

值得一提的是，本人在完成上述的實驗后配置了少量王水，加深了學生對王水的認識。值得提醒的是配制時不要在室內（切記勿在教室），要在通風櫥中進行。向盛有9ML濃鹽酸的小燒杯中邊用玻璃棒攪拌邊緩慢滴加3ML的濃硝酸，燒杯壁微熱并會不停的冒出黃色刺激性氣味的氣體，讓人實在難以忍受。靜止，王水顏色還會逐漸加深為橙紅色。它極不穩(wěn)定，極易分解。因此，使用時應現用現配不可久存。

參考文獻

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[3]尹敬執(zhí).申拌文.基礎無機化學（下）.人民教育出版社.