九年级科学上册 铝与稀盐酸和稀硫酸反应的差异探究 浙教版

九年级科学上册 铝与稀盐酸和稀硫酸反应的差异探究 浙教版 铝与稀盐酸和稀硫酸反应的差异探究 适用年级:中学 涉及领域: 自然科学 学校名称:待定 在一次学生实验中，学生用铝片分别和稀盐酸、稀硫酸反应，发现铝片和稀盐酸反应现象非常明显，而和稀硫酸却几乎不反应。这和上的内容“铝能跟稀盐酸或稀硫酸起反应生成氢气”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0.1×10×25毫米、纯度?99.5%的铝片验证是否确实存在上述现象。 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，发现铝片和稀盐酸反应现象非常明显，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”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0.1×10×25毫米、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。 表1 稀盐酸、稀硫酸与铝片反应现象对照 反应进程/分钟 1 2 5 15 20 3摩尔/升氯化氢 少量气泡 较多气泡 大量气泡 反应剧烈 铝片耗尽 1.5摩尔/升硫酸 均无明显现象(无气泡) 3摩尔/升硫酸 均无明显现象(无气泡) 无论是1.5摩尔/升还是3摩尔/升的稀硫酸，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，在水溶液里都完全电离出氢离子。铝和非氧化性酸反应的实质是与氢离子的反应，在氢离子都等于3摩尔/升的两种酸中，就中学知识可推得反应速率应该相等。但即使把硫酸中的氢离子提高到6摩尔/升，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氢离子，且浓度也相同，那么存在的差异就可能跟氢离子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。 用心 爱心 专心 三、假设 假设一:氯离子能促进金属铝与氢离子的反应。 假设二:硫酸根离子对氢离子与金属铝的反应起阻碍作用。 假设三:铝表面的致密氧化膜有保护作用，使氢离子与铝不易接触。 为了验证上述假设，经学生充分讨论，设计了如下实验进行验证。 四、验证 实验一:分别取5毫升3摩尔/升氯化氢、硫酸，加入纯度为99.5%的铝片各一小片，然后添加氯化钠、硫酸钠晶体，实验现象如表2。 表2 实验现象 反应现象(5分组别 各取5毫升酸 添加试剂 钟后) 加入0.5克氯化钠晶体 a 3摩尔/升硫酸 有较多气泡 (约0.01摩尔) 加入1.4克硫酸钠晶体 b 3摩尔/升硫酸 无气泡 (约0.01摩尔) 有较多气泡现加入1.4克硫酸钠晶体 c 3摩尔/升氯化氢 象与a组无明(约0.01摩尔) 显差异 d 3摩尔/升氯化氢 不加试剂(对比) 有较多气泡 实验分析: (1)a组硫酸中加入氯化钠，铝与硫酸就明显反应，放出氢气。而b组硫酸中加入硫酸钠无明显现象。这两种盐中都含钠离子说明这种差别并非由所加入的盐中钠离子引起，而是由阴离子引起，即氯离子促进了金属铝与氢离子的反应。 (2)c组实验在氯化氢中加入硫酸钠后反应与d组盐酸中不加硫酸钠现象相同，说明硫酸根离子对氢离子与铝的反应并无阻碍作用。 那么氯离子为什么能影响氢离子与金属铝的反应呢,这种影响是否与铝片表面的致密氧化铝保护膜有关呢,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3摩尔/升的稀硫酸反应的实验。 实验二:不同情况下的铝片分别加入3摩尔/升稀硫酸中，实验现象如表3。 表3 实验现象 组别 铝片的处理方法 5分钟后观察 a 铝片不处理(对照组) 无气泡 b 铝片不处理，但加0.5克氧化钠 有较多气泡 c 用硝酸汞液浸铝片片刻，水洗 有较多气泡 d 仅用砂纸除去铝片表面的氧化膜 表面有微量气泡 e 铝片浸入硫酸铜溶液片刻，表面出现少量铜后水洗 无气泡 用心 爱心 专心 实验分析: (1)c组和e组实验中，铝分别与汞和铜形成了原电池，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组是铝置换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在致密氧化膜，但硫酸溶液中多了氯离子，即氯离子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，但这种耐腐蚀性与酸中的氢离子所处的环境关系很大;某些阴离子(如氯离子)能促进氢离子破坏这种致密的氧化膜，使氢离子直接与铝原子接触迅速反应生成氢气。铝与稀盐酸、稀硫酸反应现象之所以不同，是由于盐酸中的氯离子能破坏铝片表面的致密氧化膜，而硫酸中的硫酸根离子却没有这种能力。教材中的铝与稀硫酸反应生成氢气指的是表面无致密氧化膜的铝。 虽然学生得出的结论不一定完全正确，实验方案也不一定合理，但却体现了学生不 惟书本、不惟教材，敢于批判的创新精神。这些分析、假设和结论使学生直接体验了科 学研究的过程和方法，掌握了一定的科研技巧，而这正是研究性学习的目的所在。 用心 爱心 专心