铝热反应及用途的一体化设计

1 设计缘由

高中化学教材中铝热反应实验设计存在以下不足。

（1）采用镁条作引燃剂，学生有可能误以为Fe是由Mg置换出来的。

（2）氯酸钾反应放出的氧气和铝发生反应，有可能会造成铝的量不足，影响实验效果。

（3）使用不透明的滤纸，学生不能很好地观察到整个实验过程中药品在滤纸内的变化及发生的实验现象。

（4）在实际的演示实验中生成的铁很容易被氧化，实验结束后，用磁铁去吸引生成的铁珠，并不容易找到。

（5）实验过程中，放出的热量往往会引燃滤纸，产生浓烟，使教室内空气受到污染。

（6）整个铝热反应的过程比较剧烈，在演示的过程中对教师和学生有一定的危害性。

（7）用小木条点燃镁条，实际操作比较难，如若用酒精灯倾斜去点燃镁条，又不符合实验操作规则。

2 设计过程

2.1 仪器和药品的选择

硬质试管（20 mm×200 mm）；塑料泡沫（约为100 mm×100 mm，铁丝3根，细沙，500 mL可乐瓶（去瓶盖和瓶底），火柴，小刀，棉花，三氧化二铁，铝粉，硝酸钾，木炭。

2.2 自制引燃剂

用质量百分比为80%的硝酸钾和20%的木炭配置适量的引燃剂，用纸巾或宣纸将引燃剂卷成一卷即可。

2.3 实验装置的一体化设计

实验装置见图1。

2.4 实验步骤及现象

（1）在塑料泡沫上用小刀挖一个直径约为21 mm，高约为40 mm的圆筒小孔，将试管牢牢固定在上面。配置质量比为5∶2的铝热剂。

（2）在试管内加入约1/2体积的干净细沙，在细沙中埋入3根细铁丝，其中的2根铁丝两头接触，固定在细沙中。

（3）将药品混合均匀，在细沙上加入铝热剂，形成一个小坑，再加入自制的引燃剂，用火柴点燃引燃剂。

（4）用瓶口塞有棉花的可乐瓶罩住实验装置，观察反应。

3 设计评价

（1）用塑料泡沫代替铁架台，简化了装置，不受实验环境的限制；可以用于演示实验，也可以用于学生分组实验。

（2）试管内干净的细沙起填充物的作用，这样可以节约药品；同时起到固定铁丝的作用，使实验现象更明显。

（3）实验结束后，取出事先埋入细沙中的两根铁丝，会发现两根铁丝焊接在一起，说明反应中产生了铁单质。同时也能让学生切身体会到铝热反应的用途之一――焊接铁轨。

（4）第3根铁丝表面形成一层致密的氧化膜（三氧化二铝），与氧化膜的性质联系起来，学生切实体会到化学在生产生活中的重要作用。

（5）将滤纸改为玻璃试管便于观察反应过程中的现象。

（6）自制引燃剂，避免了点燃镁条的不便操作，排除了Fe是由Mg置换出来的猜想，避免了铝与氧气的直接反应，同时也避免了镁条燃烧发出的耀眼白光对师生的危害。

（7）用可乐瓶罩住反应装置，避免使教室内的空气受到污染，起到环保的作用。

4 注意事项

（1）在细沙上加入铝热剂时，要注意压实，避免空气受热膨胀将混合物冲出。

（2）3根F丝必须是被打磨过的纯铁丝，否则会对实验结果造成影响。

（3）细沙材质各地不一，最好用稀盐酸浸泡晾干后再使用。