铝与水反应实验的再改进_化学论文-查字典化学网

通常实验室做铝丝与水的反应,采用砂纸打磨或用与酸,碱反应的方法除去铝丝表面的氧化膜,但由于金属铝的活泼性,处理过氧化膜的铝丝在空气中(开放体系)还是会快速形成氧化膜,导致反应现象受影响。已有研究者设计过该反应的实验装置,使纯铝与水在一个封闭体系中反应,但是这些实验装置还是存在有待完善的地方,比如:使用u形管加热位置不易准确把握。于是笔者对此实验装置进行了新的改进,不仅装置更易操作,而且反应现象明显。

1、实验原理

取一个Y型管,两边的支管里分别装入水(实为15%氯化钠溶液,利用氯离子效应,可以加快铝和水的反应)和10%的氢氧化钠溶液(均不超过支管容积的2/3,约为30 mL)。考虑到要隔绝空气,选择密度比两者都小的有机溶剂液封。通过查阅资料知道苯,甲苯,乙苯以及二甲苯都满足该条件,在本实验的操作中,选用的是二甲苯。当铝丝穿过有机层(约40 mL)之后,先与碱溶液充分接触除去表面的氧化膜,然后将铝丝从碱液中抽出回到有机层。考虑到铝丝表面还残留有碱液,将铝丝在有机层中浸泡一段时间,待到铝丝表面的气泡消失时再伸入到另一侧的水层中,加热水层,观察实验现象。

2、实验药品、仪器及装置

药品:铝丝(1 mmx200 mm),氢氧化钠溶液(10%),氯化钠溶液(15%),蒸馏水,二甲苯溶液。

仪器:Y型管,铁架台,铁圈,长导管(25 cm),单孔塞,酒精灯,pH试纸,标准比色卡。

装置:见图l(铁架台及酒精灯省略)

3、实验步骤

(1)先把绕成圈的铝丝(增大反应的接触面积)伸到水层中加热,没有现象(可与后来的加热作对比,而且可提前赶出溶于水中的氧气)。

(2)抽出铝丝穿过二甲苯层后,插入到碱液中,当铝丝与碱液接触至表面放出大量气泡时,可认为表面氧化膜已经去除完全。

(3)再把铝丝抽出碱液层进入二甲苯层中(由于有部分碱液已经渗入铝丝,反应不会立刻停止)。经笔者对步骤2和3反复实验,发现二甲苯层中的铝丝表面仍会有少量气泡逸出,所以应该耐心等候,待到不再有气泡从铝丝表面逸出时,再把铝丝抽出插入水层。

(4)观察水层。不加热时铝丝表面现象不明显,加热时可以看到有明显的气泡从铝丝表面逸出。

4改进实验的优点和创新点

(1)装置简单化。选取的Y型管可以很好地进行加热,且加热位置容易对准。

(2)实验创新化。选取有机物二甲苯的沸点是138~C,比水的沸点(100~C)高,不会在水沸腾前蒸发。

(3)反应最佳化。经多次试验证明,本实验选用盐酸除铝表面氧化膜的效果不如氢氧化钠溶液(有氧化膜的铝丝在10%的氢氧化钠溶液中就可以立刻发生反应)。

(4)实验绿色化。采用长导管可以有效地冷凝回流二甲苯,避免二甲苯受热后挥发导致环境污染。

(5)实验严谨化。①二甲苯与水不相溶,易分层;密度比水小,在水的上层可以起到隔绝空气的作用,防止铝丝的氧化。②查阅文献知:铝与水反应时若含有少量的氯离子存在(氯离子效应)会使反应现象更加明显,本实验为增强实验效果,在纯水中滴加氯化钠,反应现象明显,采用的对比实验如图2和图3所示:有氯离子存在时,铝水反应放出的气泡数量要比铝与纯水反应时的多,且速率快。③为证明在碱液中除氧化膜后的铝丝再插入水中,基本不会引起水的pH变化,现将铝丝在二甲苯中充分静置,待到无气泡后再插入到纯水中,用pH试纸对纯水进行酸碱性测试,测得pH与标准比色卡的比较结果约为7(如图4所示)。

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