铝与稀硫酸反应的异常现象探究

铝与稀硫酸反应的异常现象探究

我们在做金属的化学性质的实验中，发现经过砂纸打磨过的铝片几乎不与稀硫酸反应，不符合金属活动性顺序。针对这以异常现象，我们在老师的指导下进行科学探究。

假设一：稀硫酸的浓度不够，反应难以发生。

实验验证：分别取不同浓度的稀硫酸与铝片（纯度为96%，且经过砂纸打磨，以下相同）反应。实验结果如下表：

表一铝与不同H+ 浓度的稀硫酸反应（开始产生气泡的时间）

分析：由以上数据可以得出，硫酸的浓度越大，反应速度越慢。而且，不管取用哪种浓度的稀硫酸，都几乎不与铝反应。说明假设一不成立。由此可以猜测，铝与稀硫酸反应的异常现象与稀硫酸自身有关。

假设二：铝与稀硫酸反应是硫酸自身的原因。

实验验证：取用相同浓度的稀硫酸和稀盐酸与铝片反应

+

分析：从上述数据得出假设二是成立的，说明铝与硫酸反应的异常现象与硫酸有关。同时也可以猜测，硫酸根在反应中起到了一定的阻碍作用。为确定这个猜测，我们进行了第三个实验。取用相同浓度的稀硫酸和稀盐酸在加入NaCl晶体、Na2SO4晶体后与铝片反应。实验数据见下表：

表四加入少量NaCl 晶体

分析：通过这组实验，并与表二、表三进行比较，发现加入NaCl 晶体后反应速度都增快，而加入Na2SO4 晶体后基本无变化。说明硫酸根和氯离子在酸与铝的反应中发生了不同的作用，从而使反应现象出现较大差异。

到底是什么原因造成了如此大的差异呢？我们只有通过查阅资料来解决这个问题。在资料中我们找到原因。

结论：由于铝的化学性质非常活泼，很容易跟空气中的氧气发生反应形成一种致密的氧化膜——氧化铝。在用砂纸打磨时，铝片在接触空气的瞬间又重新生成了致密氧化铝膜，所以砂纸几乎无法除去铝片表面的氧化膜。氧化铝和铝的晶体结构同属于立方面心紧密堆积，二者结构的这种相似性决定了它们的结合紧密牢固，铝越纯，常温下越难与酸反应，同时也不与水反应。因此要使铝与酸反应，必须先破坏表面的氧化铝薄膜。而铝表面氧化膜的破坏既与氢离子有关，又受酸液中阴离子的影响，不同的阴离子对氧化膜的破坏能力不同，其中Cl－对氧化铝薄膜的破坏能力最大，这是因为Cl－既可以穿过氧化铝薄膜的缝隙，使氧化铝薄膜破裂而变成不连续的碎块，又可以移向铝表面把密集阵中的水分子替换出来，阻止了氧化铝薄膜的进一步形成。正是由于Cl－对氧化铝薄膜的这种强破坏作用，才使氢离子更容易与铝表面的氧化膜发生反应：6H＋＋Al2O3＝2Al3+＋3H2O；同时氢离子穿过铝表面的氧化膜而与铝接触、发生反应：2Al+6H+=2Al3+＋3H2↑＋Q；随着反应的进行，铝表面氧化膜的逐渐减少，在单位时间内氢离子与铝的接触面积越来越大；达到一定程度后，铝片表面的氧化铝薄膜完全被破坏，使铝单质完全暴露在氢离子周围。而SO42－不仅不能破坏铝片表面的氧化铝薄膜，还有利于修复这种被破坏的氧化铝薄膜，因此常温下铝片与硫酸几乎不反应。

参考文献：

[1] 武汉大学、吉林大学等校编《无机化学》第三版. 高等教育出版社1994年

[2] 林美凤.铝与酸、碱反应的实验探索及理论研究（J）.化学教育. 2001年第12期

[3] 人民教育出版社化学室编著《高级中学教科书·化学》人民教育出版社2003年