影响铝和铜盐溶液反应因素的探究苏州朱亚明 毛明

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1、影响铝和铜盐溶液反应因素的探究（朱亚明毛明）（木渎实验中学江苏省苏州市215101；苏州市教育科学研究院215003）摘要铝与铜盐溶液反应置换出铜，这已是基础化学中的一个常识问题，这一反应不仅是研究铝的化学性质的重要内容，也是推断金属活动性的重要实验。特别是新课程的九年义务教育课程标准实验教科书下册（上海教育出版社，下称上教版）p.196探究铝、铁、铜三种金属活动性强弱，为学生设计了铝与铜盐溶液反应的实验，这一类反应作为课堂探究活动的一个实例，说明此实验在中学化学教学中的重要性。关键词影响铜盐因素探究1问题的提出铝是一种比较活泼的金属，能否置换出

2、铜盐溶液中的铜，这是由二者的还原电位决定的，已知：E(Al3+/Al)＝–1.66；E(Cu2+/Cu)＝0.34，所以反应2Al+3Cu2+＝2Al3+ +3Cu将正向进行并较为彻底，实验时只要打磨掉铝表面的氧化膜，将铝放入任何铜盐溶液中均置换出铜似乎应是顺理成章的事实。但实际上，在以下三种情形下：①将铝片直接放入硫酸铜溶液中，②将铝片表面氧化膜用砂纸打磨后放入硫酸铜溶液中，③将铝片置氢氧化钠溶液中处理并洗涤后快速浸入硫酸铜溶液中，且在数分钟内都不会很快析出较多的铜。而且打磨用的砂纸颗粒目数不同，打磨时用力及均匀程度不同所产生的现象也不尽相同。

3、但是，如果将无论是否用砂纸打磨的铝片放入氯化铜溶液中，却效果极好：发现铝片表面迅速产生大量气泡，并可在十数秒内形成大量疏松紫红色固体；这和将铝浸入硫酸铜溶液比较，在现象上产生很大的反差。那么，这种显著差异的原因是什么？铜盐溶液的浓度是否对反应现象有显著影响？但仅仅就析出紫红色固体的现象而言，铝片浸入硫酸铜溶液30分钟后与铝片浸入氯化铜溶液趋于接近，这是浸入溶液中时间长短的因素吗？结合上述疑惑，笔者进行了相关实验并通过许多学生的分组实验，分析了影响铝和铜盐溶液反应的因素。2影响因素2.1氯离子效应【实验1】未打磨的铝片分别浸入盛有10mL氯化铜、硫

4、酸铜溶液的烧杯中的对比实验CuCl2溶液（0.5mol•L－1）CuSO4溶液（0.5mol•L－1）第6页迅速产生较多细小气泡和4min内铝片表面迅速沉积疏松的紫红色固体，并放大量的热，片刻后溶液由蓝绿色变成无色。一段时间内没有明显现象上述实验表明，铝在氯化铜、硫酸铜溶液中反应置换出铜的速率和现象差异极大，氯化铜溶液和硫酸铜溶液中不同是酸根离子，见下图1、图2。图1.未经打磨的铝片浸入硫酸铜溶液中，现象不明显图2.左杯内铝片经粗砂打磨浸入硫酸铜溶液，右杯未经打磨的铝片浸入氯化铜溶液，两者差异显著人们早已发现，盐酸、氯化铜溶液中的氯离子较易破坏铝

5、表面氧化膜，并将其称为“氯离子现象”或“氯离子效应”，例如傅鹰教授就谈到这种氧化膜“在盐类（如NaCl）的溶液中，这层氧化膜易脱落【1】”。由高等教育出版社出版的《无机化学演示实验》一书就谈到“盐酸破坏铝的钝态”、“氯离子很容易被吸附在氧化膜上，把氧化膜中的氧离子取代出来”。林美凤老师提到“Cl－不断能破坏表面的氧化膜，还能阻止铝表面氧化膜的形成，而SO42－则很弱。因此未去除氧化膜的铝片常温下能与氯化铜溶液反应而几乎不与硫酸铜溶液反应”、“Cl－穿过膜孔或裂缝的能力比SO42－强得多，同时还能使氧化膜呈胶状分散状态，从而增加了Cl－的穿膜机会。

6、【2】”概括地说：Cl－有破坏金属氧化物和金属晶体结构的功能而SO42－不具备这项功能【3】。2.2用砂纸打磨2.2.1用砂纸打磨的目的铝片不但在空气中也可以在溶液中被空气中的氧气或者水溶液中的水所氧化形成致密氧化膜。氧化铝都能与酸、碱反应，但氧化铝在碱性的溶液中反应比在酸性溶液中快，因此化学教师通常处理有膜铝片浸入浓的氢氧化钠溶液中，待铝片表面有大量气泡出现时，取出铝片马上用大量的书冲洗铝片即可。但初中阶段学生不理解氧化铝是两性氧化物，所以只能用砂纸打磨的物理方法来去除氧化膜（上教版p.19用砂纸打磨镁带去除外层的氧化膜）。2.2.2打磨时用力

7、程度及均匀程度及选用砂纸目数【实验2】A、B两学生分别取一片铝片，然后用180目的砂纸（粗砂纸）单向用力打磨第6页3次，分别将其浸入硫酸铜溶液片刻后用镊子取出对比。学生A的实验现象学生B的实验现象粗砂纸打磨的在划痕处有少量气泡，附着少量疏松的紫红色固体。粗砂纸打磨的片刻内现象不明显。铝是比较活泼的金属，在其表面极易形成一层致密的氧化铝膜，会阻碍铝和铜盐溶液的发生置换反应，“即使硫酸铜溶液中加入少量的稀硫酸，H＋固然破坏铝表面的氧化膜，但在常温下很弱。【4】”因此，使用铝片必须作去除氧化膜的操作。上述实验表明，不同的学生用相同目数的粗砂纸处理铝片，

8、打磨时用力程度及均匀程度决定实验的效果，学生A单向用力大而不均匀，但已将少量氧化铝膜去除，呈现的划痕处有铝显现，浸入硫酸铜溶液中后即接触