新疆石河子市第八师第二高级中学 832011
一、实验器材
1.仪器:
天平,木条,报废试管(破损试管),砂纸,打火机。
2.药品:
泥沙,铝粉,三氧化二铁,镁条,磁铁,氯酸钾。
二、实验原理
镁条在空气中燃烧,氧气是氧化剂。当插入混合物中的部分镁条燃烧时,氯酸钾是氧化剂,可保证镁条的继续燃烧,同时放出足够的热量引发铝热反应,使生成的铁熔化为液态。
3Fe3O4+8Al==4Al2O3+9Fe
2Al+Fe2O3==2Fe+Al2O3
三、实验步骤及现象
1.加沙子于废弃试管底部,占试管三分之一(或一半也行,根据实验药品多少而定),并在沙子中插入一根粗细适中铁钉或铁丝。
2.沙子上层铺上铝热剂,离试管口0.5cm。
3.再用药匙取少许氯酸钾铺在铝热剂上层。
4.插上打磨好的镁带,为了便于引燃,可将其折成弯钩型。
5.将组装好的仪器试管下方放上装有沙子的盘子(如图)。
6.用燃着的木条引燃光亮的镁条或用打火机点燃镁条(镁条上端弯个小勾,方便燃着木条点燃)。
现象:镁条剧烈燃烧,固体粉末发生剧烈反应,整个红热过程以及铁水生成和自上而下的熔化流动,现象明显,实验壮观。
结论:试管内发生剧烈反应放出大量热使铁成熔融物。
7.待熔融物冷却除去外层熔渣,仔细观察,可以看铁钉与冷却熔融物粘连在一起。
8.用磁铁吸附冷却熔融物,冷却熔融物可以被磁铁吸起来。
四、注意事项
1.如果用三氧化二铁药品时一定要干燥,较多三氧化二铁用烘干箱在150度烘干一小时,烘干后三氧化二铁保存到干燥器中,较少用蒸发皿或坩埚烘干,铝粉和氧化铁的混合物保持干燥,确保实验成功。
2.铝粉与金属氧化物放在研钵中充分均匀混合,增大固固混合接触面积加快反应速率。
3.铝粉不可提前取出,铝粉易氧化,氧化后也会导致实验失败。
4.引燃时,用燃着的木条(或打火机)引燃光亮镁条。
5.铝热剂配比:质量比由教材m(Fe2O3)∶m(Al) =5∶2改成5∶1。
五、优点
1.实验可利用废弃或者断裂的试管做实验,废物回收利用。
2.采用透明的试管做实验,比教材中用纸漏斗做实验效果更好,整个红热过程以及铁水生成和自上而下的熔化流动,反应现象更加明显,也更加便于观察。
3.没有采用纸漏斗,不会产生因滤纸燃烧而引起的大量烟尘,环保无污染。
4.反应过程中没有出现火星四射,融化物飞溅, 更不会对前排学生造成意想不到的伤害,使学生近距离非常安全而清楚地观察实验。
5.在铝热剂底部放置一根粗细适中铁钉,通过实验更好地验证了铝热反应焊接铁轨的原理。
6.铝热剂的配比:质量比由教材m(Fe2O3)∶m(Al) =5∶2改成5∶1。
反应相对来说缓和很多(若用四氧化三铁与铝粉混合也较好m(Fe3O4)∶m(Al) =5∶1,可不用干燥药品)。
改进后的实验不仅现象明显,而且具有安全、可靠、简约、经济、环保、无毒的效果,符合现代绿色化学实验设计的发展趋势。
论文作者:姜建华
论文发表刊物:《素质教育》2016年8月总第214期
论文发表时间:2016/10/21
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