铝与硫酸铜反应实验的再探究

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摘要:通过对不同易拉罐的铝合金与CuSO4溶液反应的实验研究,总结出用铝合金置换出CuSO4中铜的最佳条件。

关键词:易拉罐;铝合金;置换;铜

文章编号:1005-6629(2010)05-0013-01 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

苏教版《实验化学》选修模块专题2课题1“铝及其化合物的性质”中有一子课题是对 “铝表面氧化膜的实验探究”。其中一个实验是“取三小块铝片,将其中两块铝片分别用砂纸擦去表面的氧化膜。将一块擦去氧化膜的铝片放入20 mL 0.5 mol・L-1 CuSO4溶液中,观察铝片表面的现象”。该实验现象应该是铝片表面有铜析出,但是笔者在实际操作中发现实验效果并不十分明显。即使实验进行一整天置换出的铜也微乎其微。

到底哪个环节出了问题?0.5 mol・L-1 CuSO4溶液有问题吗?用铁钉实验,能很快置换出铜。所以CuSO4溶液没有问题。那只能是铝片表面有问题(氧化膜未能去尽)。于是实验中用两种方法去除氧化膜:①是用砂皮将铝片打磨的很薄;②是将铝片用NaOH溶液溶解成薄片。但实验效果仍不尽如意。分析原因,可能是去除的氧化膜在未置换铜之前又已生成了。于是用6.0 mol・L-1盐酸来去除氧化膜,然后不水洗直接放入0.5 mol・L-1 CuSO4溶液中,(因为Cl-对铝的氧化膜有直接的破坏作用)只见有微量气泡冒出,逐渐由红色的铜生成。证实了先前的猜想是正确的。

实验过程中发现,若要铝能置换出铜,必定会看到的一个现象是在铝表面出现气泡。分析原因:CuSO4溶液本身是一种酸性溶液,当铝片放入出现气泡应是铝与溶液中的H+在反应。这也说明,若出现氧化膜则不仅阻碍了铝与酸的反应,同时也阻碍了铝置换出铜。于是设想:若在CuSO4溶液中加入一定量的硫酸,是否效果会好些?CuSO4溶液与硫酸的比例多少最佳?笔者看到2009年《化学教学》第6期刊登的文章:选用的是粗铝,可能现象就不会明显,如果从生活中的铝合金中取材的话,现象也会不明显的[1]。于是笔者就尝试用各种易拉罐进行了实验,为方便起见,笔者采用浓硫酸和饱和CuSO4溶液来调节溶液的体积比。实验如下:

1实验器材

药品:17 mol・L-1浓硫酸、饱和CuSO4溶液

仪器:各种易拉罐(百事可乐、雪碧、旺仔牛奶等各种铝合金材料的罐)剪刀、砂纸、烧杯(50 mL)、量筒(50 mL)、试管若干

2实验过程和现象

将打磨后的易拉罐铝合金浸在浓硫酸与饱和CuSO4的混合溶液中:

(浓硫酸与饱和CuSO4溶液按体积比3∶2混合)

2.1用硬度较大的易拉罐如旺仔系列进行实验,实验现象非常明显,打磨后浸在浓硫酸与饱和CuSO4混合溶液中,立即在铝合金表面产生气泡,红色的金属铜随即覆盖在表面。

2.2用硬度小的易拉罐如雪碧罐打磨后浸在浓硫酸与饱和CuSO4混合溶液中,2～3分钟后在铝合金表面有少量气泡,有红色的铜覆盖(覆盖物较为紧密)。

2.3同一易拉罐不同位置:上底、下底、四周,现象区别不明显。

参考文献:

[1]陈磊磊,蔡晶. 铝与硫酸铜反应异常实验探究[J].化学教学,2009,(6):27～28.

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