铝热反应实验装置的再改进

孙海龙 于永民

摘要：针对教材中设置的铝热反应实验以及相关文献中的改进实验提出不足，从生活化、趣味化、安全化、绿色化等角度对铝热反应实验装置进行再次改进，实现了装置简约、原料易得、经久耐用、绿色环保等目的。

关键词：铝热反应；实验装置改进；实验教学

文章编号：1005–6629（2013）8–0038–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

苏教版化学1（必修）教材在第68页设置了铝热反应实验[1]，教材以插图形式呈现铝热反应的现象和应用铝热反应焊接铁轨的实物图，但并没有给出具体实验操作步骤。实验是促进学生学习化学的有效途径，以往我校高一化学教师讲授这一内容时均采用传统的实验方案操作[2]，然而演示实验时我们经常遇到以下情况：镁条难被点燃，且燃烧时发出的耀眼强光，非常刺眼，对学生眼睛有伤害；纸漏斗内的混合物在较高温度下发生剧烈反应，生成的红热熔融物，常会不定向地从四层纸漏斗的半腰部位烧穿而出，火星四射，熔融物飞溅，烧坏实验台或灼伤离实验台较近的学生；生成的红热熔融物落在下面盛沙的蒸发皿边缘，蒸发皿边缘因无沙隔热受骤烫常会炸裂破碎；实验过程中，产生大量的浓烟，久久不能散去，严重地污染了教室环境，甚至影响到教师的正常授课。因此，该方法并不符合当今低碳、环保教育的理念。

笔者查阅相关的文献[3～5]，认为《化学教学》（2011年11期）上刊载的“铝热反应实验的改进”更加适合课堂实验演示，本学期我校高一化学教师在讲授“铝及铝合金”这一课时，演示实验均采用该方法，收到了良好的效果，学生表现出浓厚的兴趣与积极性。但是由于班级多，实验所需的试管就多，因而成本较高；实验时产生的大量白烟并未作任何处理，任其飘散，污染了教室的环境。

针对上述不足，笔者对该实验进行了再次改进，将“废物再利用”和“绿色环保”理念引入课堂：用空心砖孔作反应容器，既可以防止红热熔融物四溅，又可以降低实验成本；用容积约2.5 L的雪碧瓶收集浓烟，既可以防止污染教室内空气，又有利于培养学生的环保意识。

2 实验的改进

2.1 实验目的

利用空心砖孔完成铝热反应实验，证明铝热反应是放热反应；模拟铝热反应焊接铁轨——将两根铁丝牢牢地黏结在一起。

2.2 实验原理

由于铝和氧有很强的亲和力，铝被用来从其他金属氧化物中置换出金属，在反应过程中释放出来的热量可以将反应混合物（如Al和Fe2O3的混合物）升至很高的温度（3273K），使产物金属熔化。

2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s）

ΔH=-852 kJ·mol-1

2.3 实验用品

仪器：空心砖孔（2 cm×8.5 cm）、雪碧瓶（约2.5 L）、细沙、药匙、湿棉布块、酒精棉签、小喷雾器（带喷雾头的塑料瓶）、石棉绒、φ2.5 mm的铁丝（2根）、坩埚钳、剪刀、砂纸、小铁锤、磁铁。

试剂：氧化铁粉末、铝粉、镁条、氯酸钾（研细）。

2.4 实验装置

如图1所示，找一块空心砖，用小铁锤敲下其中的一个孔径，放在水泥地面上将其四周棱角磨平，可以很顺利地就磨制成长方体（4 cm×4 cm×8.5 cm）（如图1-a）；再取一个雪碧瓶（容积约2.5 L），弃去瓶盖，剪去瓶底，在瓶口处塞满石棉绒，保持蓬松状，用作吸烟罩，罩住空心砖孔（如图1-b）。

2.5 实验操作、现象及结论

（1）将空心砖孔底部用纸团塞紧，装入1/2-1/3干燥的细沙，插入两根铁丝，使铁丝下部相互接触（模拟两根铁轨）。为了更容易引燃镁条，用砂纸将镁条打磨，去掉表面氧化膜，顶端用剪刀剪成细丝，呈菊花状。

（2）将3.5 g Fe2O3粉末和1 g铝粉混合均匀后装入孔径内，在距孔径口1～2 cm处加入1 g研细的氯酸钾粉末（用药匙将氯酸钾与表面药品略为混合），并在其上部插入一根呈菊花状的镁条（约3 cm）。

（3）用小喷雾器向吸烟罩内壁以及石棉绒上喷水雾。在实验台上铺一块约30 cm×30 cm的湿棉布，把已加好药品的空心砖孔放置在湿布中央，用点燃的酒精棉球去点燃镁条，引发反应，迅速用吸烟罩罩住反应装置。

（4）镁条剧烈燃烧，先是突然冒出一团白烟，然后立即从孔口喷出红色火焰，形似节日的烟花，煞是好看。

（5）待冷却至室温，吸烟罩内烟雾渐退，向上提吸烟罩，迅速取出砖孔，再放下烟罩。用坩埚钳取出铁丝并观察，铁丝被牢牢地焊接在一起，再用小铁锤敲掉熔球，用磁铁吸引，熔球能被磁铁吸引，证明有单质铁生成。

3 改进的优点

（1）装置简约：该装置省去铁架台，小巧质轻，便于携带，易于推广。

（2）材料易得：空心砖、雪碧瓶、小喷雾器（带喷雾头的塑料瓶）皆为生活中常见的废弃物，在日常生活中易获得、易制作，无需成本。

（3）经久耐用：用空心砖孔代替滤纸漏斗、水泥漏斗、小试管等反应容器，具有不破损、不开裂等特点，且可以避免熔融物四溅，安全性能高。

（4）绿色环保：用喷雾法可有效降低实验造成的烟雾，绿色雪碧瓶既可减少镁条燃烧带来的光污染，也可防止烟雾大量外逸而污染教室环境。

参考文献：

[1]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].南京：江苏教育出版社，2012：68.

[2]王磊.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].济南：山东科学技术出版社，2008：116.

[3]张秀玲，郭冠朝.铝热反应实验的改进[J].化学教学，2011，（11）：37.

[4]廖清泉.铝热反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2010，（9）：46.

[5]朱建兵，姚建军.关于铝热反应实验三种改进方法的比较与思考[J].化学教学，2013，（4）：56.