秦琴+喬萌萌+李劍亮

摘 要：鋁熱反應(yīng)是一種利用鋁的還原性獲得高熔點(diǎn)金屬單質(zhì)的方法，該實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)之一。本文根據(jù)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)教材中關(guān)于鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)存在放出大量煙污染環(huán)境、鎂條不易點(diǎn)燃、火星飛濺等安全問題，對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：鋁熱反應(yīng)；改進(jìn)實(shí)驗(yàn)；透明有機(jī)玻璃箱

鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)之一，由于反應(yīng)劇烈，伴有爆炸現(xiàn)象，熔融物紅熱現(xiàn)象明顯，觀看實(shí)驗(yàn)的學(xué)生會(huì)異常興奮，并留下深刻的印象，課堂氣氛活躍，學(xué)生學(xué)得津津有味，教師教的也得心應(yīng)手。但是應(yīng)用教材的方法進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)經(jīng)常會(huì)遇到下列情況：

1. 反應(yīng)是在一個(gè)開放的環(huán)境下進(jìn)行，由于反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量白煙，久久不能散去，嚴(yán)重地污染了教室環(huán)境。

2. 用鎂帶點(diǎn)燃，要除去氧化膜，得有耐心和細(xì)心。點(diǎn)燃時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)中途熄滅的情況，即使鎂條引燃實(shí)驗(yàn)，但是在過程中產(chǎn)生的白光容易造成學(xué)生暫時(shí)的視覺損傷，難以清楚觀察反應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)象，有些學(xué)生甚至將其當(dāng)成了本實(shí)驗(yàn)的主要現(xiàn)象。

3. 用紙漏斗盛放藥品，由于開口較大，反應(yīng)過程中火星四射，融化物飛濺，存在一定的安全隱患；紙漏斗也易被引燃，帶火星的紙屑會(huì)漂浮在教室內(nèi)，污染環(huán)境。由于紙漏斗的遮擋，使學(xué)生只能看到類似燃放煙火的效果，很難全面看到反應(yīng)的真實(shí)現(xiàn)象。

4. 該裝置用來接收實(shí)驗(yàn)殘?jiān)恼舭l(fā)皿，根本就不能接大量的高溫殘?jiān)?，因而高溫殘?jiān)蟛糠稚⒙湓谥v臺(tái)桌面上，損毀實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)面。蒸發(fā)皿中盛放沙子也會(huì)使落下的鐵珠表面污濁不堪。

我們團(tuán)隊(duì)根據(jù)此實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)小的不遂人愿，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，在該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上作了一些創(chuàng)新意義的改進(jìn)。不僅操作簡便，成功率大大提高，而且收到了很好的實(shí)驗(yàn)效果。具體改進(jìn)如下：

一、 儀器藥品

（一） 透明有機(jī)玻璃箱、橡膠塞、石英玻璃管、點(diǎn)火槍、藥匙、電子秤、鑷子。

（二） 食鹽、氧化鐵粉末、鋁粉、氯酸鉀、火柴。

二、 實(shí)驗(yàn)裝置圖

三、 操作要點(diǎn)

（一） 組裝儀器：

1. 透明有機(jī)玻璃箱：

設(shè)計(jì)一個(gè)小型封閉的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，透明有機(jī)玻璃箱的高度一定不能太低，我們的設(shè)計(jì)與石英玻璃管的選擇是配套的。在有機(jī)玻璃箱底部和側(cè)面各開一個(gè)孔：底部開孔用于放入藥品；側(cè)面開孔用于進(jìn)行點(diǎn)火操作，上部玻璃箱蓋可打開，用于實(shí)驗(yàn)之后對(duì)箱體進(jìn)行清洗。

2. 橡膠塞：

（1） 11號(hào)橡膠塞需開孔（不穿透，約2 cm深），以便固定石英玻璃管。

（2） 2號(hào)橡膠塞用來封閉點(diǎn)火孔。

3. 石英玻璃管：

內(nèi)徑20 mm，壁厚2 mm，長度60 mm；用于盛放實(shí)驗(yàn)藥品。

（二） 裝填藥品：

1. 首先加入食鹽（約占石英玻璃管的2/3）

2. 其次插入火柴（火柴頭略露出石英玻璃管口）

3. 再次加入鋁熱劑（三氧化二鐵與鋁粉按質(zhì)量比5∶2的比例混合均勻，放入石英玻璃管中藥品質(zhì)量約為2 g）

4. 最后加入KClO3（質(zhì)量約為1 g）

（三） 操作步驟：

1. 將石英玻璃管插入11號(hào)橡膠塞后，將藥品按上述順序依次加入石英玻璃管中，再將11號(hào)橡膠塞塞入透明有機(jī)玻璃箱底部的裝藥孔中。

2. 將點(diǎn)火槍插入透明有機(jī)玻璃箱側(cè)面的點(diǎn)火孔中，點(diǎn)燃火柴后，取出點(diǎn)火槍，待鋁熱劑開始反應(yīng)后將2號(hào)橡膠塞塞進(jìn)側(cè)面點(diǎn)火孔中（塞入2號(hào)橡膠塞的時(shí)機(jī)一定要把握好），觀察現(xiàn)象。

3. 反應(yīng)結(jié)束后，將11號(hào)橡膠塞從底部取出，更換另一個(gè)未打孔的11號(hào)橡膠塞塞進(jìn)底部裝藥孔，展示反應(yīng)后石英玻璃管。

四、 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

火星四射，石英玻璃管內(nèi)的反應(yīng)物發(fā)出耀眼的光芒，在有機(jī)玻璃箱內(nèi)有大量煙塵，將固定石英玻璃管的11號(hào)橡膠塞拿出展示，可以清晰的看到產(chǎn)生的融化物的紅熱現(xiàn)象，能夠讓學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到該實(shí)驗(yàn)所放出的大量熱，足以焊接鐵軌。

五、 注意事項(xiàng)

1. 配置鋁熱劑時(shí)，混合之前最好將三氧化二鐵烘干，鋁粉選擇顆粒稍細(xì)的，防止結(jié)塊。對(duì)于藥品的配比，我們分別試驗(yàn)了三氧化二鐵與鋁粉按質(zhì)量比為7∶2、6∶2、5∶2，最后發(fā)現(xiàn)5∶2的效果最好。

2. 引燃劑所使用的火柴最好選擇火柴頭比較大的，插入三到五根，火柴頭插入位置一定要高過石英玻璃管口，否則很難引燃。按照上述儀器的選擇，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，選擇五根火柴，引燃的成功率接近100%。

3. 用2號(hào)橡膠塞堵塞點(diǎn)火孔時(shí)一定要把握時(shí)機(jī)，如果點(diǎn)燃火柴立刻堵塞的話，反應(yīng)會(huì)立刻停止，我們認(rèn)為反應(yīng)的成功應(yīng)需要足夠的氧氣。

4. 有機(jī)玻璃箱高度選擇適當(dāng)，開始實(shí)驗(yàn)時(shí)只要將上部箱口均勻涂抹凡士林，蓋上上蓋就能很好的將實(shí)驗(yàn)環(huán)境封閉，無煙泄漏。

六、 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1. 現(xiàn)象精彩，產(chǎn)品美觀

本實(shí)驗(yàn)采用的耐高溫石英玻璃管，可以讓學(xué)生清楚的看到鐵水在管中流動(dòng)的現(xiàn)象。采用食鹽代替細(xì)沙，食鹽在鐵球表面容易融化，不會(huì)附著在鐵球表面，更便于觀察其顏色，得到的鐵球外形也更趨于球形。

2. 操作簡單，儀器可重復(fù)使用

該實(shí)驗(yàn)只要按照上述要求盛裝藥品，采用火柴引燃，都可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的效果，實(shí)驗(yàn)完成后可用強(qiáng)力磁鐵檢驗(yàn)產(chǎn)生的產(chǎn)物。采用的透明有機(jī)玻璃箱和石英玻璃管價(jià)格不高，實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行簡單的清洗都可以重復(fù)使用。

3. 實(shí)驗(yàn)安全，無污染

密閉的操作環(huán)境將實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的大量煙塵封閉起來，不影響實(shí)驗(yàn)后的教學(xué)環(huán)境，由于有透明有機(jī)玻璃箱做保護(hù)，點(diǎn)火之后不需要離開實(shí)驗(yàn)場所，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也可以通過實(shí)物投影直接展示。所以可以選擇學(xué)生來進(jìn)行引燃，既增加了學(xué)生在課堂演示實(shí)驗(yàn)中的參與度，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

作者簡介：

秦琴，喬萌萌，李劍亮，江蘇省徐州市第一中學(xué)。endprint