铝热反应实验改进

秦琴+乔萌萌+李剑亮

摘 要：铝热反应是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法，该实验是高中化学实验教学的重点之一。本文根据教学过程中发现教材中关于铝热反应实验存在放出大量烟污染环境、镁条不易点燃、火星飞溅等安全问题，对本实验装置进行了改进。

关键词：铝热反应；改进实验；透明有机玻璃箱

铝热反应实验是高中化学教学中的重点实验之一，由于反应剧烈，伴有爆炸现象，熔融物红热现象明显，观看实验的学生会异常兴奋，并留下深刻的印象，课堂气氛活跃，学生学得津津有味，教师教的也得心应手。但是应用教材的方法进行课堂演示实验经常会遇到下列情况：

1. 反应是在一个开放的环境下进行，由于反应剧烈，产生大量白烟，久久不能散去，严重地污染了教室环境。

2. 用镁带点燃，要除去氧化膜，得有耐心和细心。点燃时经常会出现中途熄灭的情况，即使镁条引燃实验，但是在過程中产生的白光容易造成学生暂时的视觉损伤，难以清楚观察反应的真实现象，有些学生甚至将其当成了本实验的主要现象。

3. 用纸漏斗盛放药品，由于开口较大，反应过程中火星四射，融化物飞溅，存在一定的安全隐患；纸漏斗也易被引燃，带火星的纸屑会漂浮在教室内，污染环境。由于纸漏斗的遮挡，使学生只能看到类似燃放烟火的效果，很难全面看到反应的真实现象。

4. 该装置用来接收实验残渣的蒸发皿，根本就不能接大量的高温残渣，因而高温残渣大部分散落在讲台桌面上，损毁实验操作台面。蒸发皿中盛放沙子也会使落下的铁珠表面污浊不堪。

我们团队根据此实验的几点小的不遂人愿，经过反复试验，在该实验的基础上作了一些创新意义的改进。不仅操作简便，成功率大大提高，而且收到了很好的实验效果。具体改进如下：

一、 仪器药品

（一） 透明有机玻璃箱、橡胶塞、石英玻璃管、点火枪、药匙、电子秤、镊子。

（二） 食盐、氧化铁粉末、铝粉、氯酸钾、火柴。

二、 实验装置图

三、 操作要点

（一） 组装仪器：

1. 透明有机玻璃箱：

设计一个小型封闭的实验环境，透明有机玻璃箱的高度一定不能太低，我们的设计与石英玻璃管的选择是配套的。在有机玻璃箱底部和侧面各开一个孔：底部开孔用于放入药品；侧面开孔用于进行点火操作，上部玻璃箱盖可打开，用于实验之后对箱体进行清洗。

2. 橡胶塞：

（1） 11号橡胶塞需开孔（不穿透，约2 cm深），以便固定石英玻璃管。

（2） 2号橡胶塞用来封闭点火孔。

3. 石英玻璃管：

内径20 mm，壁厚2 mm，长度60 mm；用于盛放实验药品。

（二） 装填药品：

1. 首先加入食盐（约占石英玻璃管的2/3）

2. 其次插入火柴（火柴头略露出石英玻璃管口）

3. 再次加入铝热剂（三氧化二铁与铝粉按质量比5∶2的比例混合均匀，放入石英玻璃管中药品质量约为2 g）

4. 最后加入KClO3（质量约为1 g）

（三） 操作步骤：

1. 将石英玻璃管插入11号橡胶塞后，将药品按上述顺序依次加入石英玻璃管中，再将11号橡胶塞塞入透明有机玻璃箱底部的装药孔中。

2. 将点火枪插入透明有机玻璃箱侧面的点火孔中，点燃火柴后，取出点火枪，待铝热剂开始反应后将2号橡胶塞塞进侧面点火孔中（塞入2号橡胶塞的时机一定要把握好），观察现象。

3. 反应结束后，将11号橡胶塞从底部取出，更换另一个未打孔的11号橡胶塞塞进底部装药孔，展示反应后石英玻璃管。

四、 实验现象

火星四射，石英玻璃管内的反应物发出耀眼的光芒，在有机玻璃箱内有大量烟尘，将固定石英玻璃管的11号橡胶塞拿出展示，可以清晰的看到产生的融化物的红热现象，能够让学生深刻地认识到该实验所放出的大量热，足以焊接铁轨。

五、 注意事项

1. 配置铝热剂时，混合之前最好将三氧化二铁烘干，铝粉选择颗粒稍细的，防止结块。对于药品的配比，我们分别试验了三氧化二铁与铝粉按质量比为7∶2、6∶2、5∶2，最后发现5∶2的效果最好。

2. 引燃剂所使用的火柴最好选择火柴头比较大的，插入三到五根，火柴头插入位置一定要高过石英玻璃管口，否则很难引燃。按照上述仪器的选择，经过反复试验，选择五根火柴，引燃的成功率接近100%。

3. 用2号橡胶塞堵塞点火孔时一定要把握时机，如果点燃火柴立刻堵塞的话，反应会立刻停止，我们认为反应的成功应需要足够的氧气。

4. 有机玻璃箱高度选择适当，开始实验时只要将上部箱口均匀涂抹凡士林，盖上上盖就能很好的将实验环境封闭，无烟泄漏。

六、 实验优点

1. 现象精彩，产品美观

本实验采用的耐高温石英玻璃管，可以让学生清楚的看到铁水在管中流动的现象。采用食盐代替细沙，食盐在铁球表面容易融化，不会附着在铁球表面，更便于观察其颜色，得到的铁球外形也更趋于球形。

2. 操作简单，仪器可重复使用

该实验只要按照上述要求盛装药品，采用火柴引燃，都可以达到实验预期的效果，实验完成后可用强力磁铁检验产生的产物。采用的透明有机玻璃箱和石英玻璃管价格不高，实验后进行简单的清洗都可以重复使用。

3. 实验安全，无污染

密闭的操作环境将实验产生的大量烟尘封闭起来，不影响实验后的教学环境，由于有透明有机玻璃箱做保护，点火之后不需要离开实验场所，实验现象也可以通过实物投影直接展示。所以可以选择学生来进行引燃，既增加了学生在课堂演示实验中的参与度，又提高了学生的学习兴趣。

作者简介：

秦琴，乔萌萌，李剑亮，江苏省徐州市第一中学。endprint