鋁與硫酸銅反應實驗的再探究

摘要:通過對不同易拉罐的鋁合金與CuSO4溶液反應的實驗研究，總結出用鋁合金置換出CuSO4中銅的最佳條件。

關鍵詞:易拉罐;鋁合金;置換;銅

文章編號:1005-6629(2010)05-0013-01 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

蘇教版《實驗化學》選修模塊專題2課題1“鋁及其化合物的性質”中有一子課題是對 “鋁表面氧化膜的實驗探究”。其中一個實驗是“取三小塊鋁片，將其中兩塊鋁片分別用砂紙擦去表面的氧化膜。將一塊擦去氧化膜的鋁片放入20 mL 0.5 mol·L-1 CuSO4溶液中，觀察鋁片表面的現象”。該實驗現象應該是鋁片表面有銅析出，但是筆者在實際操作中發現實驗效果并不十分明顯。即使實驗進行一整天置換出的銅也微乎其微。

到底哪個環節出了問題?0.5 mol·L-1 CuSO4溶液有問題嗎?用鐵釘實驗，能很快置換出銅。所以CuSO4溶液沒有問題。那只能是鋁片表面有問題(氧化膜未能去盡)。于是實驗中用兩種方法去除氧化膜:①是用砂皮將鋁片打磨的很薄;②是將鋁片用NaOH溶液溶解成薄片。但實驗效果仍不盡如意。分析原因，可能是去除的氧化膜在未置換銅之前又已生成了。于是用6.0 mol·L-1鹽酸來去除氧化膜，然后不水洗直接放入0.5 mol·L-1 CuSO4溶液中，(因為Cl-對鋁的氧化膜有直接的破壞作用)只見有微量氣泡冒出，逐漸由紅色的銅生成。證實了先前的猜想是正確的。

實驗過程中發現，若要鋁能置換出銅，必定會看到的一個現象是在鋁表面出現氣泡。分析原因:CuSO4溶液本身是一種酸性溶液，當鋁片放入出現氣泡應是鋁與溶液中的H+在反應。這也說明，若出現氧化膜則不僅阻礙了鋁與酸的反應，同時也阻礙了鋁置換出銅。于是設想:若在CuSO4溶液中加入一定量的硫酸，是否效果會好些?CuSO4溶液與硫酸的比例多少最佳?筆者看到2009年《化學教學》第6期刊登的文章:選用的是粗鋁，可能現象就不會明顯，如果從生活中的鋁合金中取材的話，現象也會不明顯的[1]。于是筆者就嘗試用各種易拉罐進行了實驗，為方便起見，筆者采用濃硫酸和飽和CuSO4溶液來調節溶液的體積比。實驗如下:

1實驗器材

藥品:17 mol·L-1濃硫酸、飽和CuSO4溶液

儀器:各種易拉罐(百事可樂、雪碧、旺仔牛奶等各種鋁合金材料的罐)剪刀、砂紙、燒杯(50 mL)、量筒(50 mL)、試管若干

2實驗過程和現象

將打磨后的易拉罐鋁合金浸在濃硫酸與飽和CuSO4的混合溶液中:

(濃硫酸與飽和CuSO4溶液按體積比3∶2混合)

2.1用硬度較大的易拉罐如旺仔系列進行實驗，實驗現象非常明顯，打磨后浸在濃硫酸與飽和CuSO4混合溶液中，立即在鋁合金表面產生氣泡，紅色的金屬銅隨即覆蓋在表面。

2.2用硬度小的易拉罐如雪碧罐打磨后浸在濃硫酸與飽和CuSO4混合溶液中，2～3分鐘后在鋁合金表面有少量氣泡，有紅色的銅覆蓋(覆蓋物較為緊密)。

2.3同一易拉罐不同位置:上底、下底、四周，現象區別不明顯。

參考文獻:

[1]陳磊磊，蔡晶. 鋁與硫酸銅反應異常實驗探究[J].化學教學，2009，(6):27～28.