从氧化铝的变体看金属钝化.doc

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1、从氧化铝的变体看金属钝化   从氧化铝的变体看金属钝化 (原创作品,谢绝转载,如有需要,请联系作者)摘要：金属钝化是高中化学教学中的一个疑点，加上有部分教师在对其理解上存在着一定的偏差，给学生学习甚至教师的教学带来一定的困难。本文试图从氧化铝入手对此作出一些剖析，以帮助大家对金属钝化有一个更深入的理解。关键词：氧化铝       金属       钝化一.认识钝化在中学化学教学过程中我们发现，Al、Fe等活泼性适中的金属能够与稀H2SO4稀HNO3发生反应，然而在浓H2SO4浓HNO3中却能长期存在，即浓H

2、2SO4的浓度提高到一定的度便有利于这类金属的稳定，这种现象称之为金属的钝化。金属的钝化是由金属表面状态变化所引起的，主要是由于金属溶解超电势升高所致，根据引起这种超电势上升的原因将其可分为两种形式：化学钝化与电化学钝化。化学钝化是由某些钝化剂（化学药品）等引起的，如浓H2SO4、浓HNO3、HClO3、K2Cr2O7、KMnO4等强氧化剂都可引起金属钝化。电化学钝化又称阳极钝化,是采用外加电流使金属电位升高到一定程度所引起的，在中学化学教材中，只讨论常温下Al、Fe在浓H2SO4和浓HNO3中的钝化。对金

3、属钝化的理论解释目前认为有两种，成相膜理论和吸附理论。成相膜理论认为金属溶解时在表面上生成一种固态产物，形成了独立相，阻止了金属继续的反应，这种膜称为钝化膜。分析知大多数钝化膜是金属氧化物（如Al之Al2O3），但也有少量是金属氢氧化物、铬酸盐、磷酸盐、硅酸盐及难溶硫酸盐和氯化物。吸附理论认为金属表面不是生成氧化膜，而是由于表面吸附氧或含氧粒子形成吸附层，从而使金属表面本身的活性降低，这种作用不是由独立相的机械隔离引起的。虽然两种理论均能解释相关的问题，但目前持成相膜理论者居多，认为金属的钝化主要是由生成的

4、钝化膜形成的。二.三氧化二铝氧化铝是中学化学中一种重要的氧化物，在初中，学生开始学它的性质。Al2O3＋3H2SO4＝Al2（SO4）3＋3H2O由此推出即使Al与浓H2SO4钝化生成Al2O3，Al2O3仍能与H2SO4反应，这是为什么呢?原来人们广为熟悉的氧化铝有多种变体，据天津化学研究所报道共有χ、ρ、η、γ、κ、δ、θ、α八种晶型，最常见的有α-Al2O3和γ-Al2O3，其中γ-Al2O3因生成温度低，为多孔性高分散度的固体物质，其比表面积和孔隙率大，活性高，为活性氧化铝；α-Al2O3比表面积低

5、，具有一定的惰性，不属于活性氧化铝；此外，从晶格能看α-Al2O3的晶格能亦大于γ-Al2O3的晶格能，所以，α-Al2O3活性大于γ-Al2O3，现将这两种Al2O3变体列表比较如下： 表一两种Al2O3变体的性质 α-Al2O3γ-Al2O3生成①铝在氧气中燃烧②灼烧氢氧化铝和某些铝盐723K左右将氢氧化铝、偏氢氧化铝、铝铵钒加热分解晶体构型六方晶形结构结晶＊ρ(gmL-1)3.973.5～3.9＊tm(℃)2015.0±15转为α-Al2O3性质①不溶于水、　②不溶于酸、③不溶于碱①不溶于水（但吸水）

6、、②易溶于酸用途①高硬度材料、②研磨材料活性氧化铝作①吸附剂③制人造刚玉②催化剂＊   γ-Al2O3根据其结晶水合物不同，其晶形性质不同，如一水合物为无色正交系晶体，三水合物为白色单斜系晶体三.结论由上述对钝化及氧化铝性质的认识可以看出氧化铝能与酸反应是由于氧化铝的变体γ-Al2O3与酸发生了反应，而变体α-Al2O3是不能与酸发生反应。即Al在钝化过程中生成的是α-Al2O3而非γ-Al2O3，其他金属发生钝化现象时也有类似之处，如Fe钝化时生成的α-Fe2O3不能与酸发生反应，它的另一种变体γ-Fe2

7、O3却能与酸发生反应。将钝化了的金属改变外界钝化条件后，金属仍能在相当程度上保持钝化状态，仍能保持较高的稳定性，这充分说明钝化是由钝化膜引起的。并且实验表明，钝化金属在强氧化剂中，当金属离子的浓度超过其对应氢氧化物的浓度积时，才易钝化，这对我们利用钝化进行金属防腐时有重要意义