王云霞

摘要：對教材中設置的鋁熱反應實驗及相關文獻中的改進實驗提出商榷之處，從微型化、安全化、綠色化等角度再次進行改進，實現(xiàn)用品易得、操作簡單、現(xiàn)象明顯、低碳環(huán)保、安全實驗等目的。

關鍵詞：鋁熱反應；實驗裝置改進；高中化學教學

文章編號：1005-6629（2016）2-0058-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 問題的提出

鋁熱反應實驗是一個典型的理論應用于實際的實驗，現(xiàn)行蘇教版教材兩次涉及該實驗，分別出現(xiàn)在《化學1（必修）》第65頁和《實驗化學（選修）》第23頁。高中化學教學中，為了讓學生更好地學習鋁熱反應的知識，增強課堂的趣味性，一線教師都會演示該實驗。然而實驗中經(jīng)常會遇到以下情況：鎂條難被點燃；由于鋁熱反應非常劇烈，實驗時甚至很害怕去點燃鎂條；鎂條燃燒發(fā)出的耀眼強光，會傷害眼睛；鋁熱反應發(fā)生過程中，火星四射，熔融物飛濺，燒壞實驗臺甚至灼傷離實驗臺較近的師生；實驗中生成的濃煙，久久不能散去，影響正常教學；濃煙中細小固體顆粒若被人體吸入，影響師生健康?！秾嶒灮瘜W（選修）》第24頁也明確寫出安全須知：因鋁熱反應非常劇烈，操作時應注意防止燙傷，最好戴上石棉手套和防護眼罩，并移開附近的易燃物?？梢?，該實驗操作方法非常麻煩且存在嚴重的安全隱患，不符合當今的綠色環(huán)保、安全教育的理念。

筆者查閱了2010到2015年《化學教學》、《化學教育》、《中學化學教學參考》三大期刊相關文獻，發(fā)現(xiàn)孫海龍、于永民及俞遠光等老師的實驗改進有較強的操作性。筆者經(jīng)過反復操作3位老師的改進實驗，發(fā)現(xiàn)以下幾點值得商榷：

（1）空心磚及空心圓柱體的制作均較麻煩，另外，在實際操作中空心磚及空心圓柱體有爆裂的危險（可能與其含水量有關，也可能與散落的高溫熔融物有關，具體原因不明）。

（2）雪碧瓶（2.5L）及其他老師使用的色拉油瓶（5L），由于瓶壁太薄，紅熱的熔融物濺到瓶壁上，瓶壁立即軟化塌陷，甚至燃燒。不但不能起到收集煙塵的作用，反而造成新的污染。

（3）俞遠光老師的鞭炮引燃方式存在—定的安全隱患，不宜采用。另外，濾紙燃燒并非濃煙產(chǎn)生的主要原因（可點燃濾紙進行對照實驗驗證），俞老師的實驗在敞開的環(huán)境中進行，故仍存在相當程度的煙塵污染。

針對以上不足，筆者從“實驗微型化”、“廢物循環(huán)利用”、“綠色環(huán)?！奔啊把b置簡約、安全”等角度對該實驗進行了改進。

2 改進實驗

2.1 實驗用品

儀器：圓形濾紙（直徑7cm）、膠頭滴管、托盤天平、蒸發(fā)皿、塑料盒（筆者使用白酒的外包裝盒，厚度遠大于雪碧瓶，受熱不易軟化及燃燒，盒子的下口邊長比蒸發(fā)皿的直徑稍大即可，若下口邊緣有孔或者下端不平齊，可用寬透明膠帶封?。⑺幊?、小噴霧器（如裝防蚊水的塑料瓶）、坩堝鉗、剪刀、砂紙、磁鐵、試管刷、木板、鐵片（平整、長寬略大于白酒盒的口徑，保證煙塵不泄漏即可?？捎描F質(zhì)餅干盒的蓋子）、細沙子

藥品：氧化鐵粉末、鋁粉、鎂條、氯酸鉀粉末、高錳酸鉀晶體小顆粒、純甘油、氫氧化鈉溶液

2.2 實驗原理

利用高錳酸鉀能夠氧化甘油的性質(zhì)，引發(fā)甘油燃燒（室溫下約需20s時間，此段時間實驗者可以非常安全地將塑料盒罩住整個反應裝置，形成封閉體系），甘油燃燒產(chǎn)生二氧化碳及足夠的熱量，使鎂條在充滿空氣和二氧化碳的氛圍中劇烈燃燒，產(chǎn)生的熱量提供了鋁熱反應的高溫條件。向塑料盒中噴人的氫氧化鈉溶液可以吸收多余的二氧化碳，煙塵也會自發(fā)地沉降或粘附在瓶壁的溶液中。

2.3 實驗過程、裝置及現(xiàn)象

（1）將濾紙三次對折后折成一個一邊三層另一邊五層的紙漏斗，用水濕潤（可以將反應體系與外界的沙子隔開，即使經(jīng)過鋁熱反應的高溫后，紙漏斗也幾乎沒被損壞，避免了細沙中的磁鐵礦對鋁熱反應中生成的鐵單質(zhì)檢驗的干擾）。

（2）將Fe₂O₃粉末和鋁粉按質(zhì)量比大約5：2均勻混合后，取0.7克（約大半藥匙）放入紙漏斗，用藥匙的末端在混合物中挖一個凹槽型小洞，填滿氯酸鉀粉末（用藥匙將其與表面的鋁熱劑略微混合）。

（3）將紙漏斗放在蒸發(fā)皿的中心，周圍用細沙填埋固定至與紙漏斗的上邊緣相平齊（注意細沙不要倒進紙漏斗）。

（4）在紙漏斗旁邊的沙子上，放入0.7克高錳酸鉀晶體小顆粒，堆成小山狀，用鑰匙的尖端在其頂部搗一個凹槽型的小洞（為容納甘油液體做準備）。

（5）用砂紙將鎂條打磨光亮，剪取約4cm長的一段，一端剪成細絲。將未處理的一端插入鋁熱劑中盛氯酸鉀的凹槽中，另一端恰好置于高錳酸鉀顆粒堆成的凹槽型小洞的洞口（如圖1）。將蒸發(fā)皿放到有防護裝置的實驗臺上（減少飛濺的熔融物對實驗臺的損傷。具體設計如圖2，并在實驗臺上放一塊木板，再在上面放—塊鐵片）。

（6）用小噴霧器向塑料盒的內(nèi)壁及頂端噴氫氧化鈉水霧，至瓶壁上形成薄薄—層小水珠。

（7）用膠頭滴管滴入4～5滴甘油至高錳酸鉀顆粒堆成的凹槽型小洞中，立刻用（6）中處理過的塑料盒罩住反應裝置（如圖2）。

（8）大約20s后便可看到高錳酸鉀和甘油的混合體系冒白煙，接著聽到“噼啪”的響聲，看到甘油燃燒的火焰，隨即鎂條被點燃劇烈燃燒至紙漏斗中后，瞬時火花飛濺，同時還能看到紙漏斗中紅熱的鐵球形成。6～8min后煙塵基本沉降，紅熱的鐵球也基本恢復室溫。

（9）提起塑料盒，用坩堝鉗取出紙漏斗（除與高錳酸鉀接觸的一端燒損，其他基本完好無損），倒出其中的熔融物，放在磁鐵上能被吸引，說明該反應生成了單質(zhì)鐵。塑料盒用試管刷刷洗后煥然一新，可多次重復使用。

3 改進優(yōu)點

（1）操作安全：用高錳酸鉀氧化甘油，以甘油自燃的方式引燃鎂條，這個過程約需20s的時間，操作者有足夠的時間將整個裝置用塑料盒罩住，根本無需使用石棉手套；用作反應裝置的紙漏斗周圍用沙子填埋固定，簡單安全；而劇烈的反應在幾乎封閉的塑料盒中進行，師生可以近距離觀察實驗現(xiàn)象。塑料盒還減弱了燃燒強光對眼睛的傷害，相當于戴上了護目鏡的效果，整個過程無任何安全隱患。

（2）微型、綠色、低碳、環(huán)保：使用實驗室最小尺寸直徑7cm的圓濾紙，方便易得，藥品用量幾乎減小到蘇教版教材的的十分之一，甘油用量僅需5滴即可；而引燃甘油產(chǎn)生的CO₂氣體，一部分與鎂條反應，多余的部分被塑料盒壁的NaOH溶液吸收，除此之外，塑料盒壁的溶液還有利于煙塵的沉降；塑料盒罩住整個反應裝置，減少了大量煙塵外逸污染環(huán)境。

（3）儀器可多次重復使用：筆者為驗證該實驗的可操作性，重復操作超過十五次，蒸發(fā)皿及塑料盒均無任何損傷。

（4）裝置簡約，材料易得，適宜推廣.塑料盒、小噴霧器均為生活中常見的廢棄物，易獲得、易制作，其余均為實驗室常見儀器，無需很多成本。整個裝置小巧、輕便、易攜帶，易推廣。結(jié)合上述優(yōu)點，可以將該演示實驗改為學生分組實驗。endprint