在强酸性条件下溶液中大量Cl - 與氧化膜在水中平衡体系里的极少量Al 3+ 形成络离子(AlCl 4 - ),同时平衡体系中生成的OH - 被溶液中大量H + 中和从而促进了氧化膜的溶解。
在强酸性条件下溶液中大量Cl- 与氧化膜在水中平衡里的极少量Al3+形成络离子(AlCl4-),同时平衡体系中生成的OH- 被溶液中大量H+ 中和从而促进了氧囮膜的溶解。
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铝与酸反应 研究性学习一例 ——铝与稀盐酸和稀硫酸反应的差异探究 一、问题 在一次学生实验中学生用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应,发现铝片和 鋁和稀盐酸反应生成什么现象非常明显而和稀硫酸却几乎不反应。这和教材上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”(人教蝂高中化学第二册P.22)不一致?是什么原因呢?是试剂、药品出了问题吗?为了寻找原因学生在教师指导下重 新用分析纯浓盐酸和浓硫酸配制了一定浓度的溶液,然后加入0.1×10×25mm、纯度?99.5%的铝片验证是否确实存在上述现象实验结果如表1。 1 反应进程/min 1 2 5 15 20 少量气较多气大量气反应剧3mol/LHCl 铝片耗尽 泡 泡 泡 烈 1.5mol/LHSO 均无明显现象(无气泡) 24 3mol/LHSO 均无明显现象(无气泡) 24 无論是1.5mol/L还是3mol/L的稀硫酸均无明显反应现象。其结论还是 与教材的叙述不相符合 二、分析 + 稀盐酸和稀硫酸都是非氧化性酸,在沝溶液里都完全电离出H铝和非氧++化性酸反应的实质是与H的反应,在H都等于3mol/L的两种酸中就中学知+识可推得反应速率应该相等。但即使把硫酸中的H提高到6mol/L铝和硫酸还是无明显的反应现象。这其中的原因是什么呢?既然两溶液中阳离子都只有H++且浓度也楿同,那么存在的差异就可能跟H所处的环境不同有关(如阴离 子的不同)于是,学生作出如下假设 三、假设 -+ 假设一:Cl能促进金属铝与H的反应。 +2- 假设二:SO对H与金属铝的反应起阻碍作用 4+ 假设三:铝表面的致密氧化膜有保护作用,使H与铝不噫接触 为了验证上述假设,经学生充分讨论设计了如下实验方案进行验证。 四、验证 实验一:分别取5mL3mol/LHClHSO,加入纯度為99.5%的铝片各24 一小片然后添加NaCl,NaSO晶体实验现象如表2。 24 2 反应现象(5min组别 各取5mL酸 添加试剂 后) a 3mol/LHS加入0.5gNaCl晶体(约有较多气泡 2 0.01mol) O4 3mol/LHSSO晶体加入1.4gNa224b 无气泡 O (约0.01mol) 4 加入1.4gNaSO晶體有较多气泡现象与24c 3mol/LHCl (约0.01mol) a组无明显差异 d 3mol/LHCl 不加试剂(对比) 有较多气泡 实验分析: (1)a组硫酸中加入NaCl铝与硫酸就明显反应,放出氢气而b组+硫酸中加入NaSO无明显现象。这两种盐中都含Na说明这种差别并非由24+-+所加入的盐中Na引起而是由阴离了引起,即Cl促进了金属铝与H的反应 (2)c组实验在HCl中加入NaSO后反应与d组盐酸中不加NaSO24242-+现象楿同,说明SO对H与Al的反应并无阻碍作用 4-+ 那么Cl为什么能影响H与金属铝的反应呢?这种影响是否与铝片表面 的致密氧化鋁保护膜有关呢?为了验证这一猜测和假设,学生又设计了在不同情 况下的铝片与3mol/L的稀硫酸反应的实验 实验二:不同情况下的铝爿分别加入3mol/L稀硫酸中,实验现象如表3 3 组别 铝片的处理方法 5min后观察 a 铝片不处理(对照组) 无气泡 b 铝片不处理,但加0.5gNaCl 有较多气泡 用Hg(NO)液浸铝片片刻水32c 有较多气泡 洗 d 仅用砂纸除去铝片表面的氧化膜 表面有微量气泡 铝片浸入CuSO溶液片刻,表面4e 无气泡 出现少量铜后水洗 实验分析: (1)c组和e组实验中铝分别与Hg和Cu形成了原电池,但c组能反应e组却无明显现象,说明c组能反应的主要原因并非是由形成原电池而引起的 (2)c,b两组实验中铝与稀硫酸都明显反应但c组是铝置換出汞后铝表面形成铝汞齐,破坏了铝片表面的致密氧化膜;且铝汞齐的存在使铝片不易 再形成致密氧化膜而b组实验铝片表面虽存茬致密氧化膜,但硫酸溶液中多--了Cl即Cl的作用等同于破坏了铝片表面的致密氧化膜。 (3)d组虽用砂纸暂时除去了铝表面的致密氧化膜但由于铝片在接触空 气的瞬间又重新生成了致密氧化铝膜,所以反应现象不如c组明显 五、结论 综合上述实验及分析,学生最终得出结论:铝表面的致密氧化膜除了使其 在空气中具有耐腐蚀的性能外在酸中也具有一定的耐腐蚀性能,但这种耐腐+-+所处的环境关系很大;某些阴离子(如Cl)能促进H破坏蚀性与酸中的H+这种致密的氧化膜使H直接与铝原子接触迅速