铝热反应的实验及应用

卢晴川

摘 要 铝热反应是铝的一个重要性质，反应强烈，被称为“十大令人惊异的化学反应”之一。铝热反应在生产生活中有着广泛的用途，在军事上被用来制作穿甲弹，网上还对“铝热反应会不会被恐怖分子运用简单手法实施恐怖活动”、“以铝热反应为基础制作单兵武器的可能性有多大”进行了热烈的讨论，这引起了我这个“军事迷”的浓厚兴趣。结合书本上的知识和多次的铝热实验，本文总结出了实验原理、步骤、现象和注意事项等，进行了实验分析，并延伸到铝热反应的应用，以供参考。

关键词 铝热反应 氧化还原反应 应用

中图分类号：G633.8 文献标识码：A

1实验目的

了解铝的活泼性和强还原性，加深铝热反应在生产生活中应用的理解。

2实验原理

铝热反应：铝和Fe2O3、Cr2O3、V2O5等某些金属氧化物组成的混合物（即铝热剂），在高温条件下，发生剧烈反应并放出大量热的化学反应。

铝热反应常用Al和Fe2O3作反应物，其反应方程式如下：

2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe

3实验用品

滤纸、坩埚、喷火枪、铁架台、砂纸、药匙及铝粉、三氧化二铁粉末、镁条、氯酸钾、沙子（见图1）。

4实验步骤

（1）调整铁架台至合适的高度。取两张滤纸分别折叠成漏斗状，将其中一个取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起；

（2）取铝和氧化铁的粉末，按照质量比约为1：3（体积比约为2：1），均匀混合作为铝热剂，装入铁架台上的纸漏斗中。铝粉也可稍微过量，以使金属氧化物完全反应；

（3）在纸漏斗正下方放置装满沙子的坩埚；

（4）将少量的氯酸钾粉末充分研磨，作为助燃剂，撒在铝热剂中部；

（5）取一根10cm左右的镁条作为引燃剂，用砂纸打磨干净，插入铝热剂中间位置；

（6）用喷火枪点燃镁条，迅速撤离至合适的距离。

（7）观察实验现象和实验结果，待反应物自然冷却后，及时整理工作台和实验用品。

5实验分析

镁条剧烈燃烧，放出大量热，使氧化铁粉末和铝粉在高温下发生剧烈的氧化还原反应，体现了铝的强还原性。根据能量守恒定律，生成物较反应物所减少的化学能会以热能、光能等形式放出，由于氧化铝的生成焓（-1645KJ/mol）极低，因而铝热反应会放出大量的热，发出耀眼的强光和大量火星，使生成的金属物以熔融态出现，产生壮观的场景。

6实验注意事项

（1）铝热反应会有900～1500℃高温熔融物喷溅，容易造成化学烫伤、化学爆炸等事故，具有很大的危险性，建议一般不要做此实验。

（2）如果对铝热反应感兴趣，可以在教师的指导下选择室外或者有防火措施的房间进行，切忌在反应物附近堆放可燃物、易燃物或玻璃等易爆物品。在点燃反应物之前，先撤离周围人员，并保持十五米以上距离。点燃镁带后，要赶快撤离，实验者必须戴墨镜或防强光的设备观察实验现象，以防止强光灼伤眼睛。

（3）实验时，镁条必须打磨光亮或酸洗以除掉氧化膜，10厘米左右，太短热量不够，太长造成浪费。在承接容器内应使用沙子，不能加水，否则熔融金属会与水反应生成氢气发生爆炸或者使水迅速沸腾导致液态金属飞溅。氯酸钾作氧化剂时剂量应少，否则气体剧烈膨胀会引起物理爆炸以及铝粉与氯酸钾剧烈反应产生化学爆炸。反应结束后，切不可用水浇灭，要等其自然冷却。

7铝热反应的应用

（1）铝热反应十分强烈，而且点燃后难以熄灭，能放出大量的热使金属熔化，其中军用的铝热剂温度甚至能达到3000℃，因此，铝热剂常被用于制作穿甲弹，利用高温金属射流来熔穿坦克装甲。

（2）铝热反应放出大量的热，置换出的铁以熔融态形式流出，让熔融的铁流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。故铝热法广泛运用于焊接钢轨及抢险工程。

（3）在烟火剂中增加铝粉、镁铝合金粉等金属粉，药剂燃烧时可生成固体和液体生成物，产生大量的光能和热辐射，能产生发光、焰色、声响和发烟效应，五彩缤纷，令人眼花缭乱、叹为观止。利用这种发光作用，还可制造出形状不同的各种照明灯（弹）。

（4）用某些金属氧化物代替氧化铁，也可以做铝热剂，当铝粉跟这些金属氧化物反应时，使被还原的金属在较高温度下呈熔融状态，跟形成的熔渣分离开来，从而获得较纯的金属，在工业上常用这种方法冶炼高熔点的金属，如钒、铬、锰等。

（指导教师：胡 静）

参考文献

[1] 岳明凯，曲家惠.穿甲弹弹芯材料的发展趋势研究[J].飞航导弹，2010（12）.