文档介绍：铝与酸反应的再探究
钱胜1 冯红霞2
(1巴蜀中学 2二十九中学,重庆,400013)
摘要铝很难和稀硫酸等酸反应的真正原因是什么?本文通过在稀硫酸中引入卤素离子的实验、铝等常见金属与有机酸反应的实验,并引用科学可靠的文献,从实验和理论的角度来进行深入的探究。笔者的结论是铝表面的氧化膜十分致密、牢固,SO42-和有机酸根离子无法穿透这层氧化膜,也无法与Al3+形成配离子,所以在常温下铝与稀硫酸及有机酸几乎不发生反应。
关键词铝与酸反应氧化膜穿透作用配位作用
Al是一种比较活泼的金属,但Al与稀硫酸等酸混合后却出现了很难反应的“异常现象”。对于这种特殊性,笔者在《化学教学》2009年第1期上看到了这样一段描述:“我们认为,Al跟稀硫酸反应的这种特殊性,正是Al这种金属的个性使然,而不是什么铝表面的氧化膜(钝化)所致”。笔者认为,把Al与稀硫酸等酸反应的特殊性归结为Al的个性使然,这种说法是不能令人信服的,有值得商榷的地方。为了弄清楚其中的正确原因,我们进行了如下的探究实验。
实验1 取四支相同试管,分别放入两根刚用砂纸仔细打磨过的2 cm左右的铝丝,加入体积比为1:5的稀硫酸4 mL,几乎观察不到明显的现象。 mol/L的NaF、NaCl、NaBr、KI四种溶液,滴入上述反应混合物中,边加边振荡,等均匀混合后静置,记录当产生可观察的气泡时所需要的四种溶液的滴数。实验数据如下表1:
表1 卤素离子对Al与稀硫酸反应的影响
滴入的溶液()
NaF
NaCl
NaBr
KI
产生气泡所需要的滴数(滴)
3
18
55
210
实验分析:笔者初步认定,Al和稀硫酸的反应与引入的卤素离子有关系,可能是卤素离子破坏了铝表面的氧化膜所致。
实验2 为了再次证明氧化膜对铝有保护作用,我们想到用物理方法来破坏氧化膜,于是我们又做了如下的实验。把光亮的铝箔浸入稀硫酸中,几乎没有任何明显现象。然后,让铝箔继续浸没在稀硫酸中,我们用尖锐的玻璃片在铝箔上用力来回锉动,会观察到铝箔表面产生了一些非常细小的气泡,这些气泡分散到溶液中,形成淡淡的白雾状。但停止锉动后,这一现象很快就终止了,反应趋于停止。
实验分析:Al表面的氧化膜被锉掉后,Al和稀硫酸接触并发生了反应,但暴露的铝很快又和水反应生成氧化膜,使Al和稀硫酸的反应迅速回归停滞状态。
实验3 我们还试想对比有机酸与铝及有机酸与其他各种常见金属反应,从而进一步探究铝与酸反应的特殊性。我们找来最简单的有机酸甲酸(HCOOH,pKa=),它是酸性最强的一元羧酸。我们在一定量的分析纯的锌粒中倒入2 mL左右一定浓度的甲酸,锌粒表面立刻产生气泡,产生气泡的速度甚至可以和实验室用锌粒和稀硫酸反应制取氢气的速度媲美。接着我们又用同一瓶甲酸做了甲酸与镁条、铝丝、铁丝的反应,还探究了乙酸与这四种金属的反应,实验现象记录如下表2:
表2 镁、铝、锌、铁与甲酸和乙酸反应比较
镁条
铝丝
锌粒
铁丝
甲酸中的反应速度
很快
几乎无反应
较快
较慢
乙酸中的反应速度
较快
几乎无反应
较慢
慢
实验分析:我们可以先来仔细观察一下各种金属的表面。当你仔细观察镁条和锌粒的表面时,你会表现,长时间放置在空气中