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影响铝和铜盐溶液反应因素的探究 （朱亚明木渎实验中学 江苏省苏州市 215101215003） 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 铝是一种活泼的金属，能否置换出铜盐溶液中的铜，这是由二者的还原电位决定的，已知：E(Al3+/Al) ＝ –1.66；ECu2+/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但实际，将铝片直接放入硫酸铜溶液将铝片表面氧化膜用砂纸打磨后放入硫酸铜溶液中，硫酸铜溶液在内析出铜。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，效果极好发现迅速并可在数内形成这和将铝硫酸铜溶液的反差。那么，这种显著差异的是什么？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，笔者通过实验。2 影响因素 2.1氯离子效应 1】 未打磨的铝片分别浸入盛有10mL氯化铜、硫酸铜溶液的烧杯中的对比实验 CuCl2溶液 （0.5mol?L） CuSO4溶液（0.5mol?L） 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早已发现盐酸、氯化铜溶液氯离子易破坏铝表面氧化膜，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”。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”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－Cl－SO42－Cl－的穿膜机会。【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 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，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到划痕处的铝，反应发生；学生B用力小，显而易见没有去除氧化膜，片刻内没有明显现象。3】C、D两学生分别取一片铝片，然后用特细砂纸或金相砂纸往复打磨数次，再将其浸入硫酸铜溶液片刻后取出对比。 学生C的实验现象 学生D的实验现象 2中学生A和实验3中学生C的实验现象，选用的砂纸颗粒粗细目数不同影响了现象不同，学生C因砂纸颗粒特细，用力程度均匀，打磨数次，较易去除外层氧化膜，比粗砂纸去除效果好，表面的氧化膜基本去尽，所以产生较多细小气泡，表面均匀附着紫红色固体。 同样的特细砂纸打磨，比较学生C、DC用力程度均匀，往复打磨数次，表面的氧化膜基本去尽；学生D2.3铜离子的浓度不同 【实验4】分别取表面洁净光滑的4片铝片（用浓氢氧化钠溶液处理过并冲洗干净），分别浸入不同浓度的10mL氯化铜溶液中，观察产生疏松状固体的时间对比。 浓度/mol·L－1 2.0 1.0 0.5 0.1 相同的现象 疏松状紫红色固体，溶液由蓝绿色变为无色，放出大量热 不同的现象 急速产生大量气泡 急速产生大量气泡 迅速产生较多气泡 气泡较少 时间/min 0.5 1 4 12 上述实验表明2.4浸没在溶液中的时间 30分钟后的铝和硫