對鋁和氯化銅反應的異常現(xiàn)象解釋的補充與商榷

吳朝輝

摘要：對鋁和氯化銅溶液反應的異常現(xiàn)象解釋作了某些補充和更正。通過實驗探究和理論分析發(fā)現(xiàn)：因受Al3+和Cu（OH）2反應以及Cu2+被Al置換反應的共同影響，鋁和氯化銅溶液反應過程中不會出現(xiàn)藍色沉淀。因為生成的Cu與Al會在體系中形成原電池，使Al能持續(xù)反應，所以固體表面會不斷產(chǎn)生氣泡。由于Al和CuCl2反應生成CuCl的趨勢更大，反應更易發(fā)生，所以CuCl主要來自Al和CuCl2的反應。

關(guān)鍵詞：鋁與氯化銅；異常現(xiàn)象；實驗探究；教學研討

文章編號：1005–6629（2016）12–0090–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

鋁片與CuSO4溶液反應，雖然用砂紙擦去了鋁片表面氧化膜，但兩者的反應速率仍然不太理想，于是筆者改用CuCl2溶液，因為Cl-可穿過氧化膜，取代膜中的氧原子，使具有保護作用的氧化膜成為可溶性氯化物，從而活化金屬表面，促進反應進行[1]。但在實驗時發(fā)現(xiàn)Al與CuCl2溶液的反應現(xiàn)象很出人意料，而且溶液濃度不同，現(xiàn)象也不同。通過檢索發(fā)現(xiàn)，已有多位老師就這個實驗的反應現(xiàn)象進行了深入研究。仔細比對已有文獻和反應現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有些現(xiàn)象被忽視了，而對有些現(xiàn)象的解釋并不科學。于是結(jié)合文獻和實驗觀察，對部分現(xiàn)象進行補充解釋，并對某些錯誤解釋提出商榷，以期對Al與CuCl2溶液的反應形成更真實、更全面的認識。本文涉及實驗均在21℃下進行。

1 實驗現(xiàn)象概述

向燒杯中加入20mL 0.5 mol·L-1 CuCl2濃溶液，加入鋁片（未除去氧化膜），可看到：鋁片表面析出少量紫紅色固體，產(chǎn)生無色無味氣體；溶液由綠色變成深褐色；反應變得很劇烈呈沸騰狀，燒杯外壁發(fā)燙；溶液中出現(xiàn)白色沉淀；如加Al至過量，白色固體最終完全變成紫紅色固體，反應結(jié)束后得到無色溶液。

如果用0.1 mol·L-1 CuCl2稀溶液，則反應現(xiàn)象為：鋁片表面析出疏松的紫紅色固體，產(chǎn)生無色無味氣體；燒杯發(fā)熱；溶液最終變?yōu)闊o色；如果Al過量，則固體中持續(xù)有少量氣體產(chǎn)生。

2 對實驗異常現(xiàn)象的已有研究與解釋

范艷花等[2]在“鋁與氯化銅溶液反應異常現(xiàn)象的探究”（以下簡稱文1）一文中，對異常現(xiàn)象進行了系統(tǒng)分析，證實：無色無味氣體是H2；白色固體是CuCl；深褐色是[CuCl2]-（褐色）與CuCl2（綠色）的混合色；紫紅色固體是Cu。

袁鴻志[3]用纏有銅絲的鋁片與CuCl2溶液反應，證實是原電池效應造成析出的銅結(jié)構(gòu)疏松。因為H+也在銅絲表面得到電子生成H2，使析出的銅無法形成致密結(jié)構(gòu)。

朱華英[4]在“Al與CuSO4溶液和CuCl2溶液反應有何不同”（以下簡稱文2）一文中，通過稀釋實驗證明溶液呈深褐色是因為存在[CuCl2]-、[CuCl3]2-、[CuCl4]3-等配合離子：用大量水稀釋溶液，上述配合離子解離，析出白色沉淀。

3 對異常現(xiàn)象的補充解釋與商榷

3.1 為什么沒有藍色的Cu（OH）2沉淀

但是，在實驗各環(huán)節(jié)中并沒有看到藍色沉淀（CuCl2沒有，CuSO4也沒有），文1、文2也未提及有藍色沉淀現(xiàn)象。為什么不出現(xiàn)藍色沉淀？經(jīng)分析，至少存在以下三種可能的原因。

實驗1 取少量藍色沉淀，加5mL蒸餾水，加鋁片（未除氧化膜），無明顯現(xiàn)象。再加入1滴管0.5 mol·L-1 CuCl2溶液，觀察現(xiàn)象。

實驗2 取少量藍色沉淀，加5mL蒸餾水，加熱使固體完全變黑，加鋁片（未除氧化膜），無明顯現(xiàn)象。再加入1滴管0.5 mol·L-1 CuCl2溶液，觀察現(xiàn)象。

實驗3 取少量藍色沉淀，加5mL蒸餾水，再加少量AlCl3固體，振蕩，固體立即溶解，溶液呈淺綠色且無渾濁。

實驗1、實驗2中加入CuCl2溶液是為了讓反應體系更接近Al與CuCl2溶液的反應。結(jié)果看到：鋁片表面緩慢產(chǎn)生氣泡，10min后固體變成紫紅色，最終溶液無色。實驗3也證實了原因三是成立的。

4 小結(jié)與疑問

Al和CuCl2溶液反應是多個反應同時進行的復雜體系，既有相互競爭，又有相互促進；既有一步到位，又有分步進行。CuCl2溶液濃度不同，不僅反應劇烈程度有差異，各個反應進行程度也有差異。我們可用圖1來歸納Al與CuCl2溶液的反應。

Al與CuCl2濃溶液反應，以①②區(qū)的變化為主，③區(qū)變化為副。Al與CuCl2稀溶液反應，以①③區(qū)變化為主，②區(qū)變化為副。至于Cu+CuCl2、Cu（OH）2+Al、CuO+H2O+Al的變化，可能存在，但程度很弱。所以，如果要用CuCl2代替CuSO4，應選用CuCl2稀溶液，以避免異常現(xiàn)象沖擊課堂教學。

筆者發(fā)現(xiàn)實驗4還有其他用途：可用CuCl2代替Hg（NO3）2，實現(xiàn)鋁和水在常溫下反應。析出的Cu和Hg都可阻止鋁片表面形成氧化膜，都可利用原電池效應加快鋁和水的反應，但用CuCl2溶液替代，可避免使用毒性較大的汞鹽，使實驗更綠色化。

對于Al與CuCl2溶液的反應，還有一點疑惑：根據(jù)H2的現(xiàn)象，可知生成了不少Al（OH）3，可奇怪的是并沒有看到白色沉淀（將該試管放置一個星期也未見到）。在實驗1～3中，根據(jù)原理分析應生成Al（OH）3，為什么也看不見沉淀？筆者推測Al（OH）3可能是以膠體的形式分散到了水中，便采用了丁達爾效應進行驗證，結(jié)果成功地看到了光亮的通路。但是，因為Al3+也能通過水解形成Al（OH）3膠體，使丁達爾效應這一證明方式失去了惟一性，顯得說服力不足。我們有理由質(zhì)疑：生成的Al（OH）3真的形成膠體了嗎？有沒有可能生成其他某種可溶性的含鋁化合物？雖經(jīng)多方努力，筆者仍未能找到確切、可靠的實驗方法，有待繼續(xù)思考和探究。

參考文獻：

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[2]范艷花，趙俊偉，孫丹兒.鋁與氯化銅溶液反應異常現(xiàn)象的探究[J].化學教學，2010，（2）：9～11.

[3]袁鴻志. Al和CuCl2溶液反應機理的實驗探究[J].化學教育，2008，（4）：71.

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