金属氧化膜的成因及条件初探

摘 要：以实验探究为例，通过实验的设计与对比，探究金属氧化物的成因及条件，并运用所得规律，通过控制变量及条件，使反应向有利于我们所需要的方向进行，与环境友好共生。

关键词：实验；探究；规律；应用

日常生活中及工农业生产上接触到各种金属氧化膜，有的有益于生活及生产，如致密的氧化膜——氧化铝薄膜。有的则对生活及生产极其不利，如疏松的氧化膜——铁锈。了解其成因及形成条件，趋利避害，是我们高中化学教学不应回避也必须面对的课题。下面就对金属氧化膜的成因及形成条件做初步的探究。

金属之所以易形成氧化膜，是因为金属均可失去电子，与自然界的最常见的氧化剂氧气反应，生成较为稳定的氧化物。矿山开采出的铝土矿及红土，主要成分均为氧化物也正验证了这一观点，这是形成氧化膜的内因。因为这些氧化物相对比较稳定，即能量越低越稳定，这也是自然界中的金属通常以化合态形式存在，有的主要以氧化物的形式存在的原因所在。

我们改变不了形成氧化物的内因，但可通过改变外因——即改变外界条件，加快或延缓生成氧化膜的速率，以利于人类的需要。

下面就中学常见的一些实验分析之，探究之，初步探寻氧化膜的成因及形成条件。

实验1：将钠从装煤油的试剂瓶中取出，吸干表面的煤油，用刀在玻璃片上切割，断面上呈银白色，立即变暗，生成易溶于水并与水反应的氧化钠。

实验2：将切去表皮的钠置于坩埚中用酒精灯加热。钠先熔化，火焰呈黄色，生成淡黄色的固体过氧化钠。取少量固体加水全部溶解并有氧气生成。

实验3：将氧化钠在坩埚中加热，也生成了淡黄色的固体过氧化钠。

上述实验说明了钠在空气中形成了氧化钠，若在加热条件下，更迅速生成了相对稳定的过氧化钠。

金属易与氧气反应生成氧化物，更朝着生成相对稳定的氧化物的方向进行，越稳定就越易生成，加热更有利于反应进行。

若生成的氧化物易溶于水，与水或二氧化碳反应生成可溶性碱或盐，在自然环境被水冲刷，裸露出的金属又会继续反应。不能保护内部的金属不被氧化，因此自然界中也没有活泼金属单质，如钠等。工业制备的金属钠只能保存在煤油中，避免与空气中的氧气及水反应，即便如此，久置还会反应。

实验4：将打磨过的铝露置在空气中，很快变暗，生成一层氧化膜，即氧化铝。

实验5：将打磨过的铝在酒精灯上加热，内部金属熔化，但不滴落。

原因是表面迅速生成了一层致密的氧化铝薄膜，兜住内部金属不脱落，也防止了内部金属继续被氧化。

实验6：将表面已去氧化膜的铝片浸没在硝酸汞溶液中，片刻后取出，放置在洁净的玻璃片上露置在空气中一段时间，结果在铝的表面上出现“白毛”。

原因是：2Al+3Hg（NO3）22Al（NO3）3+3Hg，在铝的表面上不均匀的附着一层汞，裸露出的铝与空气中的氧气反应，生成了疏松的氧化膜即氧化铝。且也看到一些黑色的物质即氧化汞，量少说明汞与氧气反应速率小于铝与氧气的反应速率，也可说明铝的金属活动性强于汞的金属活动性。

从实验6得知要得到致密的氧化物薄膜与表面的洁净度有关，同时也与氧气、空气等环境及气流有关，只有表面均匀才可能形成致密的氧化物薄膜，也和金属的活动性有关。

实验7：铁在潮湿的空气中生锈，与水、空气中的氧气有关，与反应速率有关。

实验8：铁与高温下的水蒸气反应生成了一层致密的黑色的氧化膜即四氧化三铁，阻止了反应进一步进行。

说明适宜的温度及速度有利于致密氧化膜的形。如铸剑时淬火就是一个实例。

实验9：将铁在常温下放在浓硫酸中，刚开始略有气泡，后来反应速度极其缓慢。加热，反应迅速。

说明金属表面若形成一层致密的氧化物薄膜，会发生“钝化”，如：铁、铝在常温下与浓硫酸、浓硝酸等。但加热，致密的氧化膜破坏会被酸等破坏，反应得以继续进行。

综上九个实验，可得出形成致密氧化膜的成因及条件。

成因：金属的活动性是形成氧化膜的本质原因，金属活动性越强，越易形成稳定氧化膜；同时与反应环境及生成速率有关。

形成致密氧化膜的条件：

1. 生成的氧化膜必须不与水等自然环境条件下的物质反应，如氧化铝等不与水反应，否则，该氧化物薄膜会不断的剥落，裸露出金属。该氧化膜也不会保护内部的金属不被再次氧化。

2. 要有适当的温度与生长速率。否则，生成的氧化膜是疏松的。如铁锈。

3. 表面光洁，各处不能凹凸不平，氧化物薄膜成长的环境不同。如：铝的表面上出现疏松状的“白毛”。

4. 有适宜的环境，适宜的酸碱性。如：电镀等平稳环境。

要因金属的不同选择适宜的条件，要在多次试验中探究出各种金属形成致密氧化膜的条件，因金屬而异。且氧化膜在一定条件下要稳定，否则，则不稳定存在。

我们要尊重客观事实，寻找出各种氧化膜形成的条件及成因，只有这样才能让反应利于我们需要的方向发展，如：在铁上人为形成一层致密的四氧化三铁层，有利于枪炮的防锈。利用酸性环境，将形成的铁锈除去。

总之，给学生一个开阔的视野，用辩证的观点探究氧化膜的成因及条件，学会量变与质变的哲学原理，用化学的视角审视与探究并解释相关的化学事实及现象，将知识与能力有机结合，学会“一切以客观事实为依据”，探究规律的成因及条件，运用所学及总结出的规律。控制条件及变量，将反应朝着有利于我们需要的方向发展。有利于创造美好生活，并与自然界和谐共生。

参考文献：

[1]何鹏，郑长龙，尹学慧.化学课堂教学行为特征解析[J].化学教育，2014（5）：1-4.

作者简介：

王洪波，吉林省白山市，白山市第二中学。