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对铝与硫酸铜溶液反应的探究 ——破解铝与硫酸铜溶液反应慢的“难题” 安徽省利辛县江集职高 孙志强 人教版九年级化学下册P11页有一个“活动与探究”：分别把用砂纸打磨过的铝丝浸入硫酸铜溶液中，把铜丝浸入硝酸银溶液中，过一会儿取出，观察现象。这是一个验证几种金属化学活动性强弱的经典实验。理论上，铝比铜活泼，铜比银活泼，所以，铝能把铜置换出来，铜能把银置换出来。那么，在铝丝的表面就很快会看到红色的物质生成，而在铜丝的表面也很快有银白色物质出现。 但是，当你真正做了实验时就会发现问题：虽然铜与硝酸银很快起反应，现象也如所期望的那样，然而，当把铝丝放入硫酸铜溶液后，却迟迟不见动静，要等十数个小时甚至一两天，浸入部分表面才有淡淡的红色物质出现。相信，凡是做过这个实验的初中化学教师都会遇到同样的问题。 既然铝的活动性比较强，按理，它应该很快与硫酸铜反应才对，可为什么却得不到实验的证实呢？许多化学老师也都苦苦思索这个问题，也被这个问题深深地纠结着、困扰着。 铝是活动性比锌和铁都强的金属，其实，上述的问题也就出在铝的活动性比较强上。正因为它的活动性强，所以，铝在空气中就很容易被氧化，表面会形成一层致密的氧化铝薄膜，这层薄膜保护了内部的铝，使它不能与外面的物质继续反应。即使用砂纸打磨了铝丝的表面，但是，由于铝很活泼，所以，你一边打磨，它会一边被氧化。甚至在你打磨完了到把铝丝插入溶液中的这个短暂时间间隔，打磨部分 又会被氧化从而被保护起来。这也就是铝难以与硫酸铜溶液反应的根本原因。 按道理说，硫酸铜溶液呈弱酸性，铝放入其中之后，它表面的薄膜会被溶液中的H+溶解，可为什么还是反应比较慢呢？回想起以前学过到，氧化铝是一种两性氧化物，它遇酸与酸反应，呈现碱性氧化物的本性；可是，当它遇到碱溶液时，它也能与碱反应，又表现出酸性氧化物的特性来。可能就是氧化铝的这种“两面派”的性格，决定了它在弱酸或弱碱溶液中都能很好地“自持”而难以被溶解的吧。这也就更好理解了铝制品比较耐腐蚀的缘故。 那么，会不会是硫酸铜溶液中的酸度不够，不足以迅速溶解掉铝丝表面的氧化铝呢？基于这种考虑，我又做了实验：先往硫酸铜溶液中滴加少量的稀硫酸，再把打磨后的铝丝放进去观察。结果，问题依然如故，反应依然极其缓慢。 还有什么因素能导致反应缓慢呢？温度！考虑到做这个实验时一般都是在年前或年后，而这时气温都比较低。那么，会不会是溶液的温度较低导致的反应缓慢呢？于是，我先将硫酸铜溶液加热到沸腾，再重复前面的实验，结果发现，当把铝丝放进去后，表面出现明显的小气泡，这表明有铝与溶液中的H+反应了，气泡应该是H2。过了4分钟左右，拿出铝丝，发现浸入部分表面有明显可辨的红色物质，这毫无疑问地说明，升高溶液温度有利于铝发生反应。试着再把另外一根铝丝放进去，发现铝丝表面再也无气泡出现，很长时间后，表面似乎根本就没有变化，这正是因为温度已经降下来了的缘故。看来，提高温度能起到一点作用，但是需要事先加热，而且效果还是不够理想。 问题还得从根源着手解决，那就是如何能破坏掉铝丝表面的氧化铝薄膜。 硫酸铜溶液中，由于铜离子和氢氧根离子的反应，使整个溶液呈酸性，那么，硫酸铜溶液中的酸，毫无疑问是硫酸。按道理说，硫酸也是一种强酸，但是，SO42—的体积比较大，“钻穿”效应就差。相比起来，Cl—个头较小，“钻穿”效应就大。这就使得与金属反应或与金属氧化物反应时，盐酸比硫酸速率大，这就好比一个大胖子和一个小瘦子一齐往一堆人群里钻，还是那个小瘦子容易钻进去一样的道理。 想到这里，我又动手进行了实验：先往硫酸铜溶液中滴加几滴稀盐酸，然后再把打磨过的铝丝浸入溶液中，哇！试管中的变化不禁让我大吃一惊：那浸入的部分表面迅速（说1秒都不到也不夸张！）改变了颜色！几秒后，取出铝丝，那表面竟然出现了非常非常明显的红色物质——铜！这不正是我苦苦求索的结果吗？我把铝丝又放进去，又停几分钟再去观察，居然也能出现蓬蓬松松的象胡子一样的红色“铜胡子”出来！我终于成功了！我马上在教学笔记中，把这一结果记录了下来。晚上，仍然兴奋的我坐在电脑前，运指如飞，个把小时，终于有了大家现在看到的这篇文章。 值得说明的是，老师在做这个探究实验时，可以事先往配好的硫酸铜溶液中加入少量的盐酸（注意不是硫酸），也就是说要对实验用的硫酸铜溶液“做点手脚”。当然，这一点没有必要向学生说明，因为这一做法只是使实验更加快捷、明晰罢了。 这一经历也让我更加理解了这个道理：学无止境！ 写于2012.12.28晚 本文来源：https://www.dywdw.cn/6f00280bba1aa8114431d9d9.html
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2022-03-19
