铝片长毛实验中几个问题的解惑
王 程 杰, 李 桂 林
(华东师大化学系 , 上 海 200062)
摘 要 : 本 文 解 答 了 “铝 片 长 毛 ” 实验中为什么要先将铝片浸入硝酸汞溶液中 ? 为 什 么 会 这 么快地长出白毛 ? 这 白毛是什么晶格的氧化铝 ? 等 问 题 。 并就中学化学 实验中作为催化剂的活性氧化铝之特性 、 实验室制备作了 介 绍 。
关 键 词 :
文 章 编 号 : 1005-6629(2009)04-0005-03
中 图 分 类 号 : G633.8 文 献 标 识 码 : B
铝片长毛实验 (又称铝毛刷实验 )是颇受中学师
体, 用肉眼也观察不到有液态汞齐存在 。 铝表面生
成铝汞齐后就难再形成致密的氧化铝保护膜了 , 并 失去该膜的保护作用 , 很快会被空气中的氧气氧化 成白色的氧化铝 。 当铝汞齐表面的铝因氧化而减少 时, 铝箔上的铝原子便会不断溶解进入铝汞齐 , 使
壁 (如 右 图 ),将试管浸入硝酸汞溶液 中 , 片 刻 取 出 , 然后置于空气中 , 不 久铝箔表面生出 “白 毛 ”, 红 墨 水
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铝持续不断地在表面被氧化 。 被氧化后的产物氧化 铝会脱离汞齐向外侧不断叠加堆积 , 表面积大大增 加 。 所以在该实验中 , 长 高 的 “白 毛 ” 是 氧 化 铝 ,
柱的右端上升 。 根据实验现象判断下列说法错误的 是:
A.实验中发生的反应都是氧化还原反应 ;
B.铝是一种较活泼的金属 ;
C.铝与氧气反应放出大量的热量 ;
D.铝片上生成的白毛是氧化铝和氧化汞的混合
物。
该 题的正确选项是 “D”, 因为白毛中不会有 氧化汞
。 做该实验的成功率较高 , 但有些师生对该 实验现象的成因不太了解 , 如有人曾问 : 该实验为 什么要先将铝片浸入硝酸汞溶液中 ? 为什么会这么 快地长出白毛 ? 这白毛是什么晶格的氧化铝 ? …… 众所周知
, 铝是一种较活泼的金属 , 接触空气
时其表面很容易被空气中的氧气氧化生成一层致密 的极薄的氧化铝 , 该层氧化铝保护了内部的金属铝 不会被继续氧化 。 在铝片长毛实验中 , 当铝的表面 沾上硝酸汞溶液以后 , 硝酸汞溶液的酸性会慢慢破 坏该保护层 , 并进一步与铝发生置换反应 , 生成液 态金属——汞, 汞在常温下可以与铝结合生成铝汞 合金(又称作 “铝汞齐 ”)。 汞可以溶解许多金属 ,
如
Na、 K、 Ag、 Au、 Zn、 Cd、 Sn、 Pb等 而 形 成 汞 齐 ,
因组成不同 , 汞齐可呈液态或固态 。 在本实验中仅 是铝表面生成一薄层铝汞齐 , 实验中的铝片仍为固
而不是铝汞齐或氧化汞 。 铝汞齐起了不断传送铝原 子与空气中氧起反应的作用 。 该反应的反应式为 :
4Al(Hg)+3O2+2nH2O→2(Al2O3·nH2O)+4Hg (该 汞 又会形成新的铝汞齐) [1]
从上述介绍中可以知道 , 硝酸汞溶液的作用是
破坏铝表面的保护膜并与铝发生置换反应产生单质 汞, 汞又进一步与铝生成铝汞齐 。
利用铝汞齐不仅可以使铝片快速生锈 , 还可用 来演示铝与水反应产生氢气的实验 。 具体方法是 :
①取 一 宽 1 cm、 长 10 cm、 厚 约 1 mm 的 铝 片 , 用 砂 纸 打磨表面后绕成螺旋状 , 放 入 1∶2盐 酸 溶 液 中 , 会 有 气 泡 产 生 , 约 1 min后取出用蒸馏 水 冲 洗
(要冲洗干净 )。
② 将除去氧化膜后的铝片 , 放 入 近 饱 和 的 Hg(NO3)2 溶 液 中 约 1~2 min,铝片表面会呈浅灰色 , 取出再用蒸馏水冲洗干净 。
③将表面汞齐化的铝 片 迅 速 放 入 J型 管 的 短 管 中, 在短管端口处插上涂有凡士林的活塞 , 将活塞 置 于 开 启 状 态 , 由长管口处加入近饱和的 NaCl 溶 液, 排尽活塞处的空气 , 关闭活塞
。 一开始有细小 的无色气泡生成 , 大 约 3 min后产气速度加快 (因 为溶液温度在上升 , 加上溶液中的氯离子效应 , 使 反 应 速 度 加 快 ), 此 时有大量的气泡逸出 , 长 管 中