铝和氢氧化钠溶液反应实验改进

陕西省西安市第七十中学(710002) 张运飞

陕西省宝鸡市斗鸡中学(721004) 李红英

1 问题提出

1.1 教材实验分析

人教版高中化学必修1教材51页“实验3-4”探究金属铝既可以与盐酸反应，又可以与氢氧化钠溶液反应,实验装置见图1。教材设计的实验所用物品常见，实验操作简单，但在实际教学中，还是存在一定的问题：①铝片不管是与盐酸反应，还是与氢氧化钠溶液反应，初始阶段反应速率都比较慢，生成的气体少，点燃时听不到爆鸣声，且这一过程持续时间较长，课堂教学易“冷场”；②反应进行一段时间后，有大量气体生成，将燃着的木条放在试管口，气体燃烧，但火焰小，不便于观察，且会出现火焰进入试管内燃烧的现象，容易造成实验事故，学生学习过氢气的爆炸极限知识，观察到此实验现象，难免会谈“氢”色变，心理恐慌；③试管口径大，不便于气体的纯度检验。

1.2 现有研究分析

在中国知网以“铝与(和)盐酸和氢氧化钠溶液反应”“铝与(和)盐酸反应”为主题未搜索到相关研究，以“铝与(和)氢氧化钠溶液反应”为主题搜索到3篇文献。

第一篇是江苏省大丰高级中学张华的《铝与氢氧化钠溶液反应的实验改进》，其改进实验装置见图2。笔者按图2进行实验，与教材实验相比，其主要优点有：可通过肥皂泡判断有气体生成，点燃肥皂泡，有爆鸣声，现象明显，而且避免了教材实验的回火现象，安全性高。但此改进实验无法使氢气持续燃烧。

第二篇是云南省南涧县民族中学罗云强的《铝与氢氧化钠溶液反应的实验探究》，其改进实验装置见图3。与教材实验相比，此改进实验优点有：可以在同一装置中先后进行铝与盐酸和氢氧化钠溶液的反应实验，产生气体量多，末端导管口径小于试管口径，便于点燃，现象明显。但此改进实验装置稍显复杂，操作起来比较麻烦。

第三篇是辽宁师范大学化学化工学院唐莹和黄翠英的《铝和氢氧化钠溶液反应实验改进》，其改进实验装置见图4。该实验的优点有：巧妙地引入氢氧化钠无水乙醇溶液做实验对比，证明了铝与氢氧化钠溶液反应的本质；使用肥皂泡验证生成气体为氢气，避免了教材实验中出现的回火问题，安全性高。笔者曾按照图4进行实验，发现肥皂泡有的时候会出现吹不起来的现象，影响了实验的有效性。

基于以上分析，采取上述作者实验探究优点，笔者对铝和氢氧化钠溶液反应实验进行改进。

2 实验改进

2.1 实验用品和装置

2.1.1 实验用品

具支试管、橡胶塞、注射针头、橡皮、玻璃导管、橡胶导管、止水夹、烧杯(250 mL)、烧杯(100 mL)、剪刀、砂纸、火柴、铝片、2 mol/L NaOH、2 mol/L HCl、肥皂水、热水、冷水等。

2.1.2 实验装置

新改进的实验装置见图5。

2.2 实验步骤和现象

(1)依据图5组装仪器，并检查装置气密性。

(2)取1块铝片，用砂纸将其正反两面打磨干净。用剪刀剪下长约2 cm、宽约1 cm的铝片3块。

(3)在具支试管里加入5 mL NaOH溶液，再放入上述处理过的铝片。塞上橡胶塞，观察到铝片表面有细小气泡生成，伸入肥皂水的导管口开始吹出肥皂泡。

(4)待产生较多肥皂泡时，用火柴点燃肥皂泡(见图6)，产生较大火焰，并发出爆鸣声。待导管口产生连续气泡时，10 s后取下注射针头顶端的橡皮，并用止水夹夹紧橡胶导管。

(5)用火柴点燃针头出口处的气体，气体稳定的燃烧，火焰大且明亮(见图7)。

(6)待实验结束后，整理实验用品。

改用铝与盐酸反应，重复上述操作即可。

3 实验优点

(1)借助肥皂水，依据肥皂泡燃烧发出的尖锐爆鸣声，验证产生的气体是氢气，当导管口观察到连续气泡时，只需稍等几秒钟(除尽试管中的空气)就可以点燃注射针头处的气体，无需验纯，操作方便，安全性高。

(2)实验中所用的注射针头口径小，点燃方便，火焰明亮、稳定性好，且可以持续燃烧1 min以上，提高了实验教学的有效性。

(3)相较于教材实验，本改进实验不会对学生带来心理压力，且趣味性更强，更适合教师演示，也可以用于学生分组实验。

(4)高中化学还有不少生成氢气的实验，其中一部分也可以使用本套实验装置，如钠与乙醇反应等实验。

4 注意事项

(1)反应初始阶段，生成气体较少，可以使用热水加快其反应速率。经笔者反复验证，60 ℃以上的热水就可以明显加快反应速率，但要注意安全，以防烫伤。

(2)此反应是放热反应，随着反应的进行，温度升高很快，化学反应速率大大加快，为了安全起见，可以在大烧瓶中加入冷水，反应速率迅速减慢，也可以打开止水夹，将生成的气体导入肥皂水即可。

(3)由于本实验使用了明火，如果安排学生实验，务必提醒学生注意实验安全。