鋁熱反應(yīng)及用途的一體化設(shè)計

郭洪燃+李晨晨

1 設(shè)計緣由

高中化學(xué)教材中鋁熱反應(yīng)實驗設(shè)計存在以下不足。

（1）采用鎂條作引燃劑，學(xué)生有可能誤以為Fe是由Mg置換出來的。

（2）氯酸鉀反應(yīng)放出的氧氣和鋁發(fā)生反應(yīng)，有可能會造成鋁的量不足，影響實驗效果。

（3）使用不透明的濾紙，學(xué)生不能很好地觀察到整個實驗過程中藥品在濾紙內(nèi)的變化及發(fā)生的實驗現(xiàn)象。

（4）在實際的演示實驗中生成的鐵很容易被氧化，實驗結(jié)束后，用磁鐵去吸引生成的鐵珠，并不容易找到。

（5）實驗過程中，放出的熱量往往會引燃濾紙，產(chǎn)生濃煙，使教室內(nèi)空氣受到污染。

（6）整個鋁熱反應(yīng)的過程比較劇烈，在演示的過程中對教師和學(xué)生有一定的危害性。

（7）用小木條點(diǎn)燃鎂條，實際操作比較難，如若用酒精燈傾斜去點(diǎn)燃鎂條，又不符合實驗操作規(guī)則。

2 設(shè)計過程

2.1 儀器和藥品的選擇

硬質(zhì)試管（20 mm×200 mm）；塑料泡沫（約為100 mm×100 mm，鐵絲3根，細(xì)沙，500 mL可樂瓶（去瓶蓋和瓶底），火柴，小刀，棉花，三氧化二鐵，鋁粉，硝酸鉀，木炭。

2.2 自制引燃劑

用質(zhì)量百分比為80%的硝酸鉀和20%的木炭配置適量的引燃劑，用紙巾或宣紙將引燃劑卷成一卷即可。

2.3 實驗裝置的一體化設(shè)計

實驗裝置見圖1。

2.4 實驗步驟及現(xiàn)象

（1）在塑料泡沫上用小刀挖一個直徑約為21 mm，高約為40 mm的圓筒小孔，將試管牢牢固定在上面。配置質(zhì)量比為5∶2的鋁熱劑。

（2）在試管內(nèi)加入約1/2體積的干凈細(xì)沙，在細(xì)沙中埋入3根細(xì)鐵絲，其中的2根鐵絲兩頭接觸，固定在細(xì)沙中。

（3）將藥品混合均勻，在細(xì)沙上加入鋁熱劑，形成一個小坑，再加入自制的引燃劑，用火柴點(diǎn)燃引燃劑。

（4）用瓶口塞有棉花的可樂瓶罩住實驗裝置，觀察反應(yīng)。

3 設(shè)計評價

（1）用塑料泡沫代替鐵架臺，簡化了裝置，不受實驗環(huán)境的限制；可以用于演示實驗，也可以用于學(xué)生分組實驗。

（2）試管內(nèi)干凈的細(xì)沙起填充物的作用，這樣可以節(jié)約藥品；同時起到固定鐵絲的作用，使實驗現(xiàn)象更明顯。

（3）實驗結(jié)束后，取出事先埋入細(xì)沙中的兩根鐵絲，會發(fā)現(xiàn)兩根鐵絲焊接在一起，說明反應(yīng)中產(chǎn)生了鐵單質(zhì)。同時也能讓學(xué)生切身體會到鋁熱反應(yīng)的用途之一——焊接鐵軌。

（4）第3根鐵絲表面形成一層致密的氧化膜（三氧化二鋁），與氧化膜的性質(zhì)聯(lián)系起來，學(xué)生切實體會到化學(xué)在生產(chǎn)生活中的重要作用。

（5）將濾紙改為玻璃試管便于觀察反應(yīng)過程中的現(xiàn)象。

（6）自制引燃劑，避免了點(diǎn)燃鎂條的不便操作，排除了Fe是由Mg置換出來的猜想，避免了鋁與氧氣的直接反應(yīng)，同時也避免了鎂條燃燒發(fā)出的耀眼白光對師生的危害。

（7）用可樂瓶罩住反應(yīng)裝置，避免使教室內(nèi)的空氣受到污染，起到環(huán)保的作用。

4 注意事項

（1）在細(xì)沙上加入鋁熱劑時，要注意壓實，避免空氣受熱膨脹將混合物沖出。

（2）3根鐵絲必須是被打磨過的純鐵絲，否則會對實驗結(jié)果造成影響。

（3）細(xì)沙材質(zhì)各地不一，最好用稀鹽酸浸泡晾干后再使用。