關于鋁在空氣中燃燒實驗的再探索

李小紅

摘要：鋁在空氣中易氧化形成表面氧化膜，影響鋁在空氣中加熱實驗的效果。針對這一問題，通過改變實驗條件的探究，得出了4種可行的改進實驗的方法。改進實驗可明顯觀察到鋁在空氣中劇烈燃燒并發出耀眼白光的現象，增強了實驗的效果，有利于啟發學生創新思維的培養。

關鍵詞：金屬鋁；空氣；加熱實驗；探索；燃燒

文章編號：1005–6629（2014）2–0045–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

人教版化學必修1第48頁科學探究，首先用坩堝鉗夾住一小塊鋁箔，在酒精燈上加熱至熔化，輕輕晃動，發現鋁箔發紅卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（表面有氧化膜，阻止鋁與空氣中的氧氣接觸，因此不能燃燒）。再取一塊鋁箔，用砂紙仔細打磨（或在酸中處理后，用水洗凈），除去表面的氧化膜，在酒精燈火焰上加熱至熔化，發現鋁箔也卷縮，變暗失去光澤，熔化不落下（打磨后鋁箔表面又很快形成氧化膜，阻止了鋁的燃燒）[1]。

鋁是一種十分常見的金屬，它的化學性質很活潑，可是日常生活中的鋁制品在空氣中卻十分穩定。如何理解這一現象是我們中學化學教學中必須幫助學生弄清楚的一個重要知識點。教材設置的科學探究，僅僅停留在發紅、卷縮、熔化這樣一些物理變化的層面，對化學反應的現象和實質沒有作進一步的分析，不利于學生化學知識的形成。能否創造一定的條件使鋁與空氣中的氧氣發生劇烈反應呢？許多老師對此已經進行了研究并取得了一定成績，有些學術雜志中也有相關內容。例如，有的教師利用乙炔焰升高溫度使鋁箔在空氣中燃燒，改變了人們對鋁在空氣中不能燃燒的傳統認識，同時解決了Al若在空氣中燃燒首先須將Al點燃或引燃的關鍵問題[2]。但是乙炔焰一般是工業生產中才能用到，中學化學實驗室中很難見到；有的老師對不同長度、寬度、厚度的鋁在空氣中加熱變紅所耗時間作了詳細研究，解決了哪種規格的鋁經過短時間加熱后內部熔化的鋁在氧化膜內流動現象最明顯，最適合于教師在課堂上做演示實驗或學生分組探究型實驗[3]，但沒有創設條件使鋁在空氣中燃燒起來。這些老師的研究很有價值，但總覺得余味未盡，筆者集一些教師優質課中的實驗創新，再經過反復研究、融合和探索，對人教版必修1第48頁的科學探究實驗1進行了一些改進，通過反復多次的實驗，均取得明顯現象。

2 實驗改進及優點

改進實驗1：將少量的鋁粉放在一小張濾紙上，包好后用坩堝鉗夾住，在酒精燈上點燃，可觀察到鋁粉在空氣中劇烈燃燒，發出耀眼白光。（實驗前先做濾紙在酒精燈上點燃的對照試驗，請學生注意觀察現象。）

優點：濾紙是學生在實驗室常見的材料，它雖然也能燃燒，但濾紙燃燒的現象不能掩蓋和干擾鋁粉燃燒的現象，用濾紙作為載體，讓學生感覺到親切，更能吸引學生的眼球。

改進實驗2：用一稍長的吸管吸取少量鋁粉，然后對準一正在燃燒的酒精燈的外焰擠噴，鋁粉迅速燃燒，發出耀眼的光芒。擠噴時教師要側身，使噴出的火焰與講臺水平，防止火焰燒傷或嚇到前排的學生。

優點：用吸管直接向燈焰上擠噴鋁粉，方便快捷，操作簡單，還縮短了演示實驗的時間。老師猶如魔術大師一樣的表演，課堂效果更為精彩！

改進實驗3：將鋁粉裝入蓋子上面有針孔的小藥瓶中，然后將小藥瓶倒過來，向酒精燈的火焰上噴灑鋁粉，鋁粉劇烈燃燒。

優點：用小藥瓶直接向火焰上噴灑鋁粉，可以通過控制針孔的大小以及噴灑的快慢來調控鋁粉燃燒所形成的火焰大小以及演示時間的長短。還可以重復實驗多次，適合多個班級，實驗現象讓學生感覺更直觀，充分調動了學生學習化學的熱情和積極性。

改進實驗4：用鋁箔在酒精燈的外焰上加熱，等鋁箔變紅變軟時，用鑷子撕破變紅的部位，這時候可以清楚地看到撕破的部位發生短暫的燃燒。也可以用鋁條代替鋁箔，酒精噴燈替代酒精燈，把打磨過的鋁條在酒精噴燈上加熱，待鋁條熔化發紅的時候用一根潔凈的細鐵絲刺進熔化的鋁層中（如圖1所示），這時可看到被刺破部位的鋁發生迅速而短暫的劇烈燃燒。然后小心地抽出鐵絲，這時鋁條受熱現象與鐵絲刺進之前完全一樣。

優點：用鋁條替代鋁箔，增加了鋁的厚度，便于用鐵絲刺破鋁層操作的順利進行。被刺破（或撕破）的部位發生迅速而短暫的燃燒，確證了氧化物保護膜的存在，也進一步證實了鋁在空氣中很快又會形成氧化膜，阻止燃燒的進一步進行。這樣學生就能深刻理解為什么鋁箔在加熱過程中只熔化而不發生滴落的現象，也理解了活潑的鋁為什么可以制成多種多樣的日常生活用品。

3 上述實驗現象發生原因的分析

以上四個改進后的實驗結果，既展示了金屬鋁的活潑性，同時又展示了鋁表面確實存在氧化膜阻止化學反應的進一步進行，鋁制品才有可能成為人們生活中的常見物品。可是，通過幾個改進后的實驗與課本探究實驗的現象有很大的不同，從而激發了學生的興趣，引發了進一步的思考。

鋁粉表面肯定也存在氧化膜，為什么鋁粉在空氣中加熱可以燃燒，鋁箔卻不能燃燒呢？是不是相互矛盾？

筆者認為這些現象之間不但不矛盾，而且是緊密相聯，都充分體現了金屬鋁的活潑性。鋁粉在空氣中之所以能夠劇烈燃燒可能是因為鋁粉接觸空氣的表面積比鋁箔大得多，其次是鋁粉因為顆粒小，鋁粉的表面也不如鋁箔光滑，在鋁粉表面形成的氧化膜不如鋁箔表面形成的氧化膜致密，所以在受熱時由于鋁熔化膨脹從而脹破鋁粉外表的氧化膜，大量的鋁直接跟空氣中氧氣接觸發生反應，從而發生了劇烈的燃燒現象。

總之，通過上述改進后的演示實驗，讓學生充分認識到條件的改變就可能導致實驗發生不一樣的現象，真正體會到量變可能引起質變的科學規律。化學教學就應該緊緊扣牢實驗這一學科基石，著力啟發學生的創新意識，培養學生的創新精神，以求更好地擴大實驗教學的內涵和外延，極大地激發學生學習的積極性、主動性。促進實驗教學過程由觀察、運用向創造性思維方向發展，有效地培養學生的創新能力和創造能力。

參考文獻：

[1]普通高中課程標準實驗教科書.化學必修1教師教學用書[M].北京：人民教育出版社，2007：41.

[2]丁偉.鋁箔在空氣中的燃燒之實驗分析[J].數理化學習，2011，（7）：106～107.

[3]龍威，徐文媛.加熱鋁箔實驗的不足與探究[J].化學教育，2010，（8）：69～70.