鋁與硫酸銅溶液反應(yīng)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(yīng)演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果不很理想，為此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究，得出了鋁與硫酸銅溶液反應(yīng)的適宜條件：（1）加入少許食鹽；（2）將鋁制導(dǎo)線或鋁條進(jìn)行打磨并經(jīng)酸化處理；（3）溫度調(diào)節(jié)為30～40℃。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、實(shí)用，效果明顯。另對(duì)該實(shí)驗(yàn)條件的控制進(jìn)行了相關(guān)的討論。

關(guān)鍵詞：鋁；硫酸銅溶液；反應(yīng)條件探索；演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005–6629（2015）8–0054–02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

人民教育出版社（2007年版）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)1（必修）P46圖3-2有關(guān)金屬化學(xué)性質(zhì)的一些實(shí)驗(yàn)圖片中，第一幅為鋁與硫酸銅溶液反應(yīng)的效果圖[1]：銅樹美觀大方，溶液界面清晰?？此坪?jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，成功率應(yīng)該很高，但無論在文獻(xiàn)上，還是教學(xué)實(shí)際中均有該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯甚至失敗的報(bào)道。筆者對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入細(xì)致的實(shí)驗(yàn)探究，獲得了較滿意的實(shí)驗(yàn)效果。

1 實(shí)驗(yàn)藥品及實(shí)驗(yàn)儀器

直徑2.5mm的粗鋁制導(dǎo)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(shí)驗(yàn)方法及步驟

（1）在20mL規(guī)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(dǎo)線或鋁條，并彎成螺旋狀。然后把螺旋狀鋁制導(dǎo)線或鋁條伸入到鹽酸溶液中，待看到鋁制導(dǎo)線或鋁條上有氣泡冒出時(shí)，取出并立即插到事先準(zhǔn)備好的飽和硫酸銅溶液中。

3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

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

（2）加食鹽是本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)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?yōu)殡x子的催化作用。

一般說來，穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的金屬表面總是或多或少地處于一種鈍態(tài)，Cl-能使這些處于鈍態(tài)的金屬表面重新活化，使它成為能發(fā)生氧化還原反應(yīng)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(shù)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(jìn)而取代氧化膜中的氧原子，使具有保護(hù)作用的氧化膜變?yōu)榭扇苄缘穆然?，從而向反?yīng)溶液提供大量的金屬表面活性中心，促進(jìn)了金屬在電解質(zhì)溶液中的陽(yáng)極氧化過程。因此，但凡在有金屬參與的化學(xué)反應(yīng)中，只要向反應(yīng)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(shí)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(yīng)速度的作用[2]。

如果直接選用CuCl2來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，CuCl2溶液的濃度不能太大，否則由于CuCl2與Al的反應(yīng)速率過快，生成的Cu不易附著在鋁條上；另一方面，反應(yīng)放出的熱會(huì)促進(jìn)反應(yīng)CuCl2+Cu=2CuCl的發(fā)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(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益好。這幾點(diǎn)也是筆者認(rèn)為課本實(shí)驗(yàn)沒有選用CuCl2的原因。

（3）鋁材的選擇也影響實(shí)驗(yàn)效果。本實(shí)驗(yàn)用鋁制導(dǎo)線比鋁條效果好。由于實(shí)驗(yàn)室的鋁條太薄，在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)形成鋁銅原電池，導(dǎo)致中途鋁條斷裂，使實(shí)驗(yàn)失?。ㄈ鐖D3所示）。若用0.5mm厚的鋁條進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最好用細(xì)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(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)鋁與硫酸銅溶液反應(yīng)形成銅樹的反應(yīng)條件的控制，縮短了反應(yīng)時(shí)間，方法簡(jiǎn)單，效果明顯，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社等編著.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：46.

[2]劉懷樂.食鹽在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的幾處妙用[J].化學(xué)教學(xué)，2005，（11）：4～5.

[3]《無機(jī)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)》編寫組.無機(jī)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)[M].北京：高等教育出版社，1980：315.