经典实验改进一则_铝热反应实验创新_刘明

②用 15mm × 100mm 的小试管（ 见图 3） 。 一般人都认为 玻 璃 突 然 遇 热 会 破 碎 飞 溅，所 以很多老师不敢用试管来做铝热实验。笔者曾经 用试管做过该实验不少于 30 次，都没有发生任何 意外。我们选用的试管口径一般以 15 ～ 25mm 为 宜，长 度 最 好 不 要 超 过 100mm。 因 为 试 管 太 长， 反应时上部高温熔化的试管会倾倒下来可能造成 危险。试管底部可用事前制好的专制水泥模具或 用湿润的细沙固定。 该装置的优点： 制作材料试管（ 可用底部穿 孔的废试 管 ） 随 手 可 取，学 生 可 以 直 观 看 到 反 应 的整个壮观过程。 ③用壁厚一些（ 1mm 以上） 的小铁管（ 见图 4） 。 不能采用铜管或铝管或不锈钢管（ 装修防盗 窗的废料） 。因为铝热反应发生时的高温能使这
《教学仪器与实验》第 29 卷 2013 年 第 3 期
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图1
钻穿一个直径 为 10 ～ 12mm 的 孔，然 后 用 凿 子 将 孔四周凿成 凹 形，再 用 水 泥 浆 美 化 一 下 即 成。也 可以找一个合适 的 废 弃 的 塑 料 盒，把 小 试 管 口 在 酒精灯加热后在 塑 料 盒 底 部 中 间 熔 一 个 孔，在 小 试管周围放入水 泥 浆，约 3h 后 轻 轻 转 动 试 管，把 试管取出即可（ 可以一次多做几个备用） 。实验 时 ，在 孔 底 部 塞 上 一 小 截 胶 塞 或 木 塞 ，然 后 放 入 一 药匙的细沙，再 放 入 铝 热 剂。铝 热 剂 反 应 时 现 象 见图 2。
图3
些金属管（ 熔点较低） 熔化而发生危险。笔者常 用的是易得的废弃靠椅中的圆铁管（ 铝热反应后 铁管基本变成 Fe3 O4 ） 。
图4
该反应容器的优点： 废铁管易得，课前只要锯 下几小截即 可。实 验 时，学 生 可 以 直 观 看 到 反 应 的 整 个 壮 观 、震 撼 的 过 程 。 学 生 赞 叹 不 已 。
（ 4） 如何引发铝热反应 引发铝热反应 需 要 较 高 温 度，若 直 接 用 燃 着 的火 柴、木 条、酒 精、汽 油 等 引 发 铝 热 反 应 几 乎 不 可能。所以引发铝热反应又是该实验的难点。经 反 复 试 验 ，我 们 向 大 家 提 供 以 下 两 种 较 为 理 想 、可 行的方法。 ①用坩埚 钳 夹 着 点 燃 的 镁 带 直 接 点 燃 铝 热 剂 ，此 法 最 快 、最 好 也 最 有 效 。 点燃铝热剂的经典做法一般都是按教材中说 的，点 燃 镁 带 并 在 氯 酸 钾 助 燃 的 条 件 下 进 行 的。 由于镁带是由上 往 下 燃 烧，此 时 火 焰 对 下 部 预 热 的 贡 献 很 小 ，再 加 上 空 气 流 动 带 走 一 部 分 热 量 ，所 以镁带不能顺利 继 续 燃 烧 引 发 铝 热 反 应，启 动 反 应的成功率较低，有 时 往 往 要 反 复 点 燃 几 次 才 能 成功，故不少老师 在 课 堂 上 演 示 该 实 验 时 都 是 提 心 吊 胆 的 。 几 年 前 ，笔 者 就 想 过 ，既 然 燃 着 的 镁 带 插入铝热剂中能 将 其 引 燃，那 么 能 否 用 燃 着 的 镁 带在铝热剂 表 面 引 燃 呢？ 笔 者 试 做 了 一 下，竟 然 实验成功了！ 困扰我们多年的难题竟在不经意的 一瞬间解决了，真 是“踏 破 铁 鞋 无 觅 处，得 来 全 不 费工夫”啊！ 后 来 笔 者 还 发 现，在 课 堂 上 要 想 点 燃镁带还不 是 很 容 易 的。 究 其 原 因，主 要 是 因 为 镁带与 空 气 中 的 氧 气 接 触 面 过 小 的 问 题。 经 实
并不 需 要 特 殊 干 燥，笔 者 直 接 取 试 剂 瓶 中 的 Fe2 O3 、MnO2 、CuO 分 别 与 铝 粉 按 5 ∶ 2、4. 8 ∶ 2、9 ∶ 2 混 合 ，都 能 顺 利 完 成 铝 热 实 验 。
②若多个平 行 班 都 要 做 该 实 验，实 验 员 可 把 金属氧化物与铝 粉 按 一 定 比 例 配 好，放 在 一 个 密 闭的广口瓶中待用 （ 可存放几年不影响使用） 。 这 样 ，可 以 节 约 任 课 老 师 的 宝 贵 课 堂 时 间 。
②用特殊打火机或手枪打火机直接点火。 一 次 ，笔 者 经 过 菜 市 场 ，看 见 商 贩 用 一 种 特 殊 打火机的火焰在 演 示 焊 接 不 锈 钢 制 品，这 种 火 焰 相对一般的打火 机 来 说 要 集 中，温 度 估 计 也 挺 高 的。笔者突 然 想 到 这 种 火 焰 是 否 能 引 燃 铝 热 剂 呢？ 于是立即花 8 元 钱 买 了 一 个。 回 来 一 试，竟 然也能成功！ 后 来 又 买 来 了 手 枪 打 火 机、防 风 打 火机（ 为 了 确 保 万 无 一 失，可 在 铝 热 剂 上 面 撒 少 许镁粉） 试试，也都能成功。 （ 5） 实验室做铝热反应能使两铁片熔焊起来 吗 教材提到铝热反应原理在生产上的应用时， 都会提到可用铝 热 反 应 焊 接 钢 轨，所 以 不 少 老 师 都想通过实验来验证它。笔者曾经用了两种相同 的铁制 品，如 铁 钉、粗 铁 线、铁 板、不 锈 钢 条 等，并 采 用 不 同 的 方 法 ，如 把 铁 制 品 放 在 铝 热 剂 的 底 部 ， 或 埋 在 铝 热 剂 的 底 部 、中 部 ，反 应 后 两 种 相 同 的 铁 制 品 虽 然 好 像 熔 焊 起 来 了 ，但 基 本 上 都 是 虚 焊 ，用 手一 掰，两 种 相 同 的 铁 制 品 就 脱 开 了。 究 其 原
注意事项： ①铝热剂中的金属氧化物是否一定要干燥？ 按教参和普通参 考 资 料 说 明，实 验 前 都 要 把 金 属 氧化物放在干燥箱干燥（ 或用铁（ 瓦） 锅炒过） 。 过去笔者也多年 深 信 不 疑 地 按 此 操 作，后 来 学 校 的干燥箱坏了，笔 者 偶 然 用 了 一 次 不 经 过 干 燥 的 氧化铁与铝粉混合也成功完成了该实验。以后经 过多次实验，发现 铝 热 反 应 中 的 金 属 氧 化 物 事 前
（ 1） 中 学 课 堂 做 铝 热 实 验，用 什 么 金 属 氧 化 物好
我 们 知 道 ，铝 热 反 应 之 所 以 能 够 发 生 ，是 由 于 铝具有较强的还原性，与 氧 化 剂 （ 金 属 氧 化 物 ） 反 应 ，铝 转 化 为 氧 化 铝 时 放 出 足 够 的 热 量 ，使 被 还 原 出来的金属在高温下呈熔融状态而与熔渣分离开 来。因此，只 有 还 原 性 比 铝 弱 的 金 属 氧 化 物 （ 如 FeO、Fe2 O3 、Fe3 O4 、CuO、MnO2 、Cr2 O3 、V2 O5 、WO3 等） 才能与铝反应。而铝与还原性比它强的金属 氧化物（ 如 CaO、MgO、Na2 O 等 ） 却 不 能 反 应。 那 么铝热剂中哪一种金属氧化物最适合做教材中的 演示 实 验 呢？ 经 过 多 次 试 验 后，发 现 用 铝 粉 和 Fe2 O3 、Fe3 O4 、CuO、MnO2 都 能 顺 利 完 成 该 演 示 实 验，而且铝粉和 MnO2 反应更加容易引发。但若要 考虑原料来源、成本和价格的话，应首推 Fe2 O3 。
因，笔者认为可能 是 因 为 我 们 在 实 验 室 做 铝 热 反 应的反应物原料 较 少，反 应 放 出 的 热 量 还 不 足 以 把两块金属的表 面 熔 化，所 以 实 验 室 用 铝 热 反 应 想把两铁片 熔 焊 起 来 往 往 不 理 想。 同 样，笔 者 也 曾想过用铝热反 应 来 连 接 陶 瓷 和 金 属，最 后 也 以 失败而告终。所以说理论上的说法与实际上的操 作还是有一 定 出 入 的。这 样，我 们 就 可 以 理 解 教 材为什么 不 安 排 利 用 铝 热 反 应 熔 焊 金 属 的 原 因 了。若读者实在 要 做 该 实 验，可 以 用 两 小 块 厚 约 1mm 的不锈钢 片 （ 不 锈 钢 片 比 铁 片 效 果 好，原 因 可能是不 锈 钢 的 熔 点 比 铁 的 低 ） ，上 下 重 叠 在 一 起放 在 盛 有 细 沙 的 容 器 上，然 后 直 接 把 长 约 70mm，直径约 20mm 的 厚 一 点 的 铁 管 （ 可 盛 装 25 ～ 30g 铝热剂） 放在不锈钢片上，然后在 铁 管 中 加 满 铝 热 剂 ，铝 热 反 应 发 生 后 ，可 看 到 生 成 的 高 温 铁 水从两块不锈钢 片 中 穿 过，两 块 不 锈 钢 片 被 紧 紧 熔焊在一起（ 见图 5） 。
图2
该反应容器的优点： 制作材料易得，制作过程 简单，可反 复 使 用。反 应 现 象 十 分 壮 观。 由 于 沙 子 、砖 头 有 聚 热 保 温 作 用 ，所 以 用 该 法 生 成 的 灼 热 铁珠红热在 1min 以上。这时，可把砖头倾斜让学 生观看孔中红热的铁珠。采用上述装置实验后得 到的可是货真价实的铁。
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Educational Equipment And Experiment Vol． 29，No． 3，2013
验，只 要 把 1. 5mm 宽 的 镁 带 要 点 燃 的 部 位 剪 成 0. 5mm 宽即可。经过这 样 处 理 的 镁 带，一 根 火 柴 就能引燃它！ 在 上 述 引 燃 铝 热 剂 的 实 验 中，一 般 采用 2 ～ 3 根镁带较好。用坩埚钳把燃着的镁带 以 45°度角接近铝热剂（ 不需助燃剂 ） ，片刻，铝热 剂即被引发。
③最 好 不 要 用 镁 粉 与 Fe2 O3 、CuO 混 合 加 热 （ 镁热剂） ，由 于 镁 比 铝 活 泼，点 火 时 往 往 发 生 意 想不到的爆炸。笔者曾经做好身体防护后冒险做 过 该 类 型 的 实 验 ，均 发 生 了 爆 炸 。
（ 2） 金属氧化物与铝粉按什么比例混合较好 两者的比例可按配平的化学反应方程式的反 应 物 质 量 比 混 合 即 可，混 合 时 一 定 要 非 常 均 匀 （ 实验时应尽量将混合物压紧） 。实验时若要降 低反应的剧烈程 度，可 适 当 增 加 金 属 氧 化 物 的 用 量，反 之 增 加 铝 粉 的 用 量。 例 如 在 做 铝 热 实 验 （ Fe2 O3 + Al） 时，人教版教参第 49 页 建 议 采 用 理 论比 3∶ 1，但为了使反应更明显，人教版教材第 72 页采用了 5 ∶ 2。 若 要 降 低 反 应 的 剧 烈 程 度，我 们 也可以按 7∶ 2来配制。工业上配制的比例可根据 所需要的温度来调节。 （ 3） 做 铝 热 反 应 实 验，用 什 么 容 器 盛 装 反 应 物好 现课本是用纸漏斗盛装反应物的。纸漏斗制 作时较为 繁 琐，使 用 时 还 必 须 用 水 湿 透 （ 又 与 要 求反应物必须干 燥 相 矛 盾 ） ，且 为。该做法最大的缺点是反 应完成后生成的铁在高温下落时被空气中的氧气 氧化生成 Fe3 O4 （ 可把生成物投入稀盐酸中检验， 发现无气泡生成 ） 。经 过 摸 索、试 做，我 们 总 结 出 以下较为简单、实用的反应容器（ 见图 1） 。 ①自制的砖头或自制的水泥模具。 找半截不是太 坚 硬 的 砖 头，在 中 部 用 冲 击 钻