铝热反应演示实验的绿色化设计
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摘要：课堂教学中将影视剧中有关铝热反应的片断作为教学情境，同时对实验装置进行了绿色化设计，采用常见的废弃物自制一套教具，应用该教具模拟了影视剧中的铝热反应，学生感受到了视觉的冲击与心灵的震撼，同时也受到废物再利用、绿色环保、创新思维的教育。
关键词：教学情境; 铝热反应;实验教具;绿色化
文章编号：1008-0546（2014）12-0094-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.037
高中化学课堂教学所涉及的演示实验中，铝热反应实验是为数不多的能给学生带来视觉冲击与震撼力的实验，能够激发学生学习化学的热情，而且该实验涉及铝单质的性质、氧化还原反应、化学反应与能量变化等核心知识，因此成为高中化学课堂教学必做的演示实验。传统的演示实验是以铁架台作支架，以滤纸漏斗作容器，以蒸发皿盛接熔融物，以镁条作引燃物，虽然现象足够震撼但也存在诸多弊端，已有许多学者对该实验提出过新的方法[1～5]，但经过试验后发现还存在着美中不足，如反应容器容积太小，产生的浓烟易冲出，引燃困难、耗时，心理上畏惧等。为了弥补上述的不足，同时在课堂教学中将该演示实验置于一定的情境中，笔者以影视剧里的片断作为引入，利用自制的实验教具模拟了影视剧里的铝热反应，充分调动了学生学习化学的热情。
一、情境导入
1. 用铝热剂开锁
美剧《绝命毒师》中的片断，化学老师沃尔特・怀特（Walt White）注意到搭档身后箱子里的磁铁画板，他突然想到铝热剂可以熔化钢铁，他决定用一小袋铝热剂去打开城南化学品存放场所的大锁。（见图1、2、3）
2. 涉及化学知识
由于铝和氧有很强的亲和力，铝被用来从其他金属氧化物中置换出金属，在反应过程中释放出来的热量可以将反应混合物（如Al和Fe2O3的混合物）加热至很高的温度（3273K），使产物金属熔化，反应的热化学方程式为：2Al（s）+Fe2O3（s） Al2O3（s）+2Fe（s） ΔH =-852 kJ・mol-1
二、绿色设计
1. 教具的制作
取一空塑料油桶（容积5L），将内壁的残油洗净，用美工刀沿底部割出约10.5cm的圆洞，作贮烟罩。洗净一空酱菜瓶内壁，再装入少量细沙，将盖子内外壁的油漆用砂纸磨去，并再磨薄些，旋紧盖子（盖子材质是马口铁，熔点较纯铁低）。将一空心砖孔放在水泥地面上将其棱角磨平，磨制成高约3cm的六棱柱体。如图4所示。
2. 教具的搭建
塑料水槽盛装约2cm高度的自来水，将酱菜瓶置于其中央，再将空心砖孔置于瓶盖上。将贮烟罩内壁润湿，最好有大量水珠挂在内壁上，将其罩在酱菜瓶和空心砖孔上。如图5所示。
3. 铝热剂的配制
铝粉与Fe2O3的比例可按化学方程式中反应物质量比（Al∶Fe2O3=1：3时刚好完全反应）配成的混合物，混合均匀。实验时若要降低反应的剧烈程度，可适当增加Fe2O3的量，反之增加铝粉用量。本次实验笔者按2∶7配制铝热剂。
4. 引燃的方式
经典的引燃方式是按教材中描述的，镁条插入铝热剂中并在KClO3助燃的条件下进行，但是镁条极易熄灭，原因是镁条自上往下燃烧，火焰对下部预热的贡献很小，再加上空气流动带走一部分热量，往往要反复点燃几次才能成功，笔者尝试着用坩埚钳夹着点燃的镁条直接触到铝热剂表面，结果一下子就引燃了，效果出奇的好，再试验几次均能成功。
三、实验过程
1. 按图5搭建实验装置，将配比2∶7的铝热剂约5g装入空心砖孔内，加入1g研细的氯酸钾粉末。
2. 用小喷雾器向贮烟罩内壁喷大量水，保证有大量水珠附着在内壁上。
3. 用坩埚钳夹住打磨光的一段镁条在酒精灯火焰上点燃，将燃着的镁条立即触到铝热剂表面上引发反应，另一只手用贮烟罩罩住发生装置。
4. 可以观察到燃着的镁条迅速引燃铝热剂，开始产生白色烟尘，继而砖口喷出红色火焰，似节日的焰火，同时又有火红的熔融物穿透瓶盖滴落到细沙上。
四、设计评价
1.制作教具所用到的无色塑料油桶、酱菜瓶均是厨房中的常见废弃物，空心砖孔也容易获得，零成本，易制作，质地轻，便于携带，易于推广，还能够培养学生废物再利用的理念。
2.贮烟罩和水槽的封闭式组合，使得产生的烟尘得到有效控制，烟尘还能减弱镁条燃烧产生的光污染，水槽中的水能够吸收烟尘，提高了安全性能和环保性能，能有效培养学生绿色化学观念。
3.用直接接触式引燃方式，可以消除畏惧心理，瞬间就可引燃，成功率达100。
4.以影视剧作为情境导入，过渡自然，模拟剧中的铝热反应可以大大提高学生学习化学的热情。
参考文献
[1] 孙海龙，于永民.铝热反应实验装置的再改进[J].化学教学，2013，（8）：38-39
[2] 朱建兵，姚建军.关于铝热反应实验三种改进方法的比较与思考[J].化学教学，2013，（4）：56
[3] 但世辉，李斌.铝热反应的实验改进[J].化学教育，2013，（5）：62
[4] 张秀玲，郭冠朝.铝热反应实验的改进[J].化学教学，2011，（11）：37
[5] 廖清泉.铝热反应实验的改进[J].中学化学教学参考，2010，（9）：46