铝与硫酸铜溶液反应的适宜条件探究

李耀军+金东升+余新红

摘要：铝与硫酸铜溶液反应演示实验的教学效果不很理想，为此进行了实验改进探究，得出了铝与硫酸铜溶液反应的适宜条件：（1）加入少许食盐；（2）将铝制导线或铝条进行打磨并经酸化处理；（3）温度调节为30～40℃。改进后的实验方法简单、实用，效果明显。另对该实验条件的控制进行了相关的讨论。

关键词：铝；硫酸铜溶液；反应条件探索；演示实验改进

文章编号：1005–6629（2015）8–0054–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

人民教育出版社（2007年版）普通高中课程标准实验教科书化学1（必修）P46图3-2有关金属化学性质的一些实验图片中，第一幅为铝与硫酸铜溶液反应的效果图[1]：铜树美观大方，溶液界面清晰。看似简单的实验，成功率应该很高，但无论在文献上，还是教学实际中均有该实验现象不明显甚至失败的报道。笔者对该实验进行了深入细致的实验探究，获得了较满意的实验效果。

1 实验药品及实验仪器

直径2.5mm的粗铝制导线或0.5mm厚的铝条、饱和硫酸铜溶液、稀盐酸、食盐、试管、水浴锅、砂纸

2 实验方法及步骤

（1）在20mL规格的大试管中加入约2/3体积（12mL）的饱和硫酸铜溶液，控制溶液温度30～40℃（可用水浴锅加热），再加入约2g食盐，振荡，使之完全溶解并混合均匀。

（2）用砂纸打磨好铝制导线或铝条，并弯成螺旋状。然后把螺旋状铝制导线或铝条伸入到盐酸溶液中，待看到铝制导线或铝条上有气泡冒出时，取出并立即插到事先准备好的饱和硫酸铜溶液中。

3 实验现象

铝制导线或铝条表面可在十分钟内形成铜树，溶液界面清晰，几乎达到课本图片的效果（如图1、图2所示）。

（2）加食盐是本实验成功的关键之二。其作用可以视为Cl-的催化作用，即Cl-有加速金属由原子变为离子的催化作用。

一般说来，稳态和亚稳态的金属表面总是或多或少地处于一种钝态，Cl-能使这些处于钝态的金属表面重新活化，使它成为能发生氧化还原反应的活性中心。从微观角度讲，NaCl、KCl等可溶性盐酸盐的溶解性好，Cl-的浓度大，数量多，离子体积小，它能穿过金属表面的氧化膜（或称钝化膜），并能被吸附在氧化膜上，进而取代氧化膜中的氧原子，使具有保护作用的氧化膜变为可溶性的氯化物，从而向反应溶液提供大量的金属表面活性中心，促进了金属在电解质溶液中的阳极氧化过程。因此，但凡在有金属参与的化学反应中，只要向反应溶液添加少量的盐酸或可溶性盐酸盐，即提供一定量的Cl-，实际上就成为活化金属表面的一种方法，起到加快金属氧化反应速度的作用[2]。

如果直接选用CuCl2来做这个实验，CuCl2溶液的浓度不能太大，否则由于CuCl2与Al的反应速率过快，生成的Cu不易附着在铝条上；另一方面，反应放出的热会促进反应CuCl2+Cu=2CuCl的发生，使CuCl（难溶）微粒分散在CuCl2溶液中，形成深棕黑色溶液；其次NaCl比CuCl2售价低，经济效益好。这几点也是笔者认为课本实验没有选用CuCl2的原因。

（3）铝材的选择也影响实验效果。本实验用铝制导线比铝条效果好。由于实验室的铝条太薄，在实验过程中会形成铝铜原电池，导致中途铝条断裂，使实验失败（如图3所示）。若用0.5mm厚的铝条进行实验，最好用细线把铝条悬挂在饱和的硫酸铜溶液中（注意铝条要完全浸没在溶液中），也可以取得同样的效果。

5 实验评价

本实验通过对铝与硫酸铜溶液反应形成铜树的反应条件的控制，缩短了反应时间，方法简单，效果明显，值得推广。

参考文献：

[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学1（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007：46.

[2]刘怀乐.食盐在化学实验中的几处妙用[J].化学教学，2005，（11）：4～5.

[3]《无机化学演示实验》编写组.无机化学演示实验[M].北京：高等教育出版社，1980：315.