铝热反应实验的电学改进方案

赵英亮

【摘 要】引发铝热反应的最大难点在于创造高温环境，本文提出一种针对性改进措施，以对钨丝通电，瞬间达到高温，直接接触铝热剂的简洁物理方法，替代教材中的繁琐化学方法，引发铝热反应，装置简洁，成功率极高，优势突出。

【关键词】铝热反应;实验改进;钨丝

1.实验改进思路

铝热反应实验在教材中处于人教版化学必修二第四章第一节，该节主要介绍金属冶炼，并通过该实验，向学生展现出一种以铝炼铁的新型置换反应，更能帮助其开拓视野。因该实验现象明显，火星四射，反应剧烈，若在课堂上当场演示该实验，虽能给学生留下深刻印象，提升其学科素养;但教材中以燃烧镁条，剧烈放热创造高温环境为主，以氯酸钾受热分解供氧，促进镁条燃烧放热为辅的引发方案，经过多次实验，存在以下几点主要不足：

第一，该实验中，氯酸钾粉末堆积的方式影响实验效果，实验引发不易控制，成功率有限。

第二，使用镁条引燃，氯酸钾供氧，加入与铝热剂自身无关的两种物质，浪费实验试剂，实验严谨性不足，易引发学生混淆与误解。

第三，镁条属于易燃，氯酸钾属于易燃易爆物质，一起使用降低了实验的安全性;镁条点燃时光芒刺眼，反应在开放体系中火星四溅，难受控，易伤人，学生必须保持较大安全距离。

第四，镁条引燃后，插入并升温铝热剂的部分继续燃烧时，粉末密集堆积，外界氧气较难进入助燃，需要再加入氯酸钾，使其受热分解供氧，步骤较为繁琐。

第五，反应在开放体系中进行，易形成大量烟尘，造成固体飞溅，不符合绿色化学标准。

而笔者改进该实验方法的思路，侧重于以物理反应制造高温。先将接入电路的钨丝置于铝热剂之上，再直接在空气中向钨丝通电，一方面钨丝因电流的热效应升温迅速，另一方面钨丝直接受热后，同时与氧气发生放热反应生成氧化钨并熔化，瞬间达到铝热反应所需高温条件，同时直接接触铝热剂，反应可立即引发。

本次实验以通电钨丝创造高温环境的方法，代替化学试剂引发铝热反应，具有以下几点优势：

第一，钨丝只有通电才能引发反应，使得实验引发更容易被控制，成功率极高。

第二，微量高效，一次实验仅需3cm钨丝，3g铝热剂，且效果明显，清晰直接。

第三，避免易燃易爆化学试剂的使用，实验更加安全平稳。

第四，实验仅需220V交流电即可引发，实验步骤得到精简，更为清晰明了，给学生以清晰直观的感受。

第五，整个实验清洁环保，完全在大玻璃瓶内完成，通过瓶口加盖石棉盖，瓶底加垫石棉层防火，污染物与烟尘可控，符合绿色化学标准。

2.实验装置制作

耐高温瓶盖：将与大玻璃瓶配套的塑料瓶盖中塞满石棉，并钻两个孔。

导线进瓶盖：将两根覆盖玻璃丝的15cm长铜导线直插入瓶盖两孔中10cm并固定。

导线接电路：将瓶盖上方两根铜导线分别连接带有插头，开关的火线与零线。

钨丝入电路：将瓶盖下方导线弯成钩状，将钨丝两端分别挂在两钩上。

瓶底垫石棉：取出深度约为15cm的大玻璃瓶，向瓶内底部垫入石棉至5cm高，以防铝热反应产生高温，损坏装置。

3.实验仪器及药品

实验器材：铜导线，黑胶布，接线柱，带有插头、开关的导线，220V交流电源，大玻璃瓶，石棉，研钵，药匙，漏斗，电子天平。

实验药品：铝粉，四氧化三铁，钨丝。

4.实验原理

5.实验步骤

第一步：用电子天平称量2.5g铝粉，7.0g四氧化三铁，以研钵碾碎混匀，配置铝热剂。

第二步：将3g铝热剂（由四氧化三铁与铝粉组成）用漏斗放入大玻璃瓶底的石棉上，摊开成长约2CM，宽为1CM的矩形，并将已接入电路的钨丝准确置于铝热剂上方与之接触，塞紧瓶口。

第三步：向钨丝通电使其升温，瞬间引发铝热反应。

第四步：观察实验现象，讨论实验过程，得出正确结论。

6.实验现象

瓶内产生明亮火焰数秒，发出明显火光，固体持续红热，直至最后出现银白色固体（铁块）。

7.实验反思与评价

本实验简化传统装置，以钨丝通电急剧升温的物理方法，替代了点燃镁条放热等化学方法，可瞬间引发铝热反应，结合了物理与化学的相关知识点，实验步骤简洁合理，微量高效，材料成本低（仅需钨丝及其升温电路，铝热剂等），成功率极高，可操作与演示性更强，符合绿色化学标准，体现了创新精神，更可丰富学生的学科素养，还能够将此方法推广到更多需要创造高温环境的中学化学实验中去。

另外，在反复实践中同样发现，保持铝热剂干燥是引发铝热反应的关键条件之一。

【参考文献】

[1]俞远光.铝热反应实验的改进[J].化学教育，2014.35（23）：59.DOI：10.13884/j.1003-3807hxjy.2013010042

[2]王云霞.铝热反应实验装置的再改进[J].化学教学，2016（2）：58-60.DOI：10.3969/j.issn.1005-6629.2016.02.013

[3]張秀玲，郭冠朝.铝热反应实验的改进[J].化学教学，2011（11）：37-38