研究氢氧化钠铝与熔融氢氧化钠反应实验探究基本

论文导读：NaOH→NaAlO2+H2↑”是不能被配平的。笔者认为，上面反应式确实是配不平的，但是产物的化学式是否一定写成NaAlO2或Na(OH)4]有待进一步研究。维基百科(英文)和有些学者认为含铝产物为铝酸钠，其化学式为Na3AlO3，并给出反应的化学方程式：2Al+6NaOH→3H2+2Na3AlO3。有的学者利用氢氧化钠与铝土矿粉12下一页
摘要：对金属铝和熔融氢氧化钠不反应的观点提出了质疑。通过7组铝粉和氢氧化钠尝试性的实验探究，结果发现铝和熔融氢氧化钠能发生反应并产生氢气，得出水不是铝和氢氧化钠反应的必要条件，并在研究结论的基础上对铝和碱反应的教材编写提出了一些建议。
关键词：铝；熔融氢氧化钠；铝与碱反应；实验探究
文章编号：1005－6629(2013)7－0050－03
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1　问题的提出
在苏教版高中化学必修1专题3第一单元学习铝的性质相关知识时，一些教师做了这样的实验：在试管里装入1～2g NaOH固体与一些铝箔，加热至熔化，经观察没有气体产生。铝和氢氧化钠固体在加热熔化条件下能发生反应吗?笔者尝试用铝粉和氢氧化钠固体进行了一系列实验，以探究铝和氢氧化钠在无水的情况下能否发生反应。
2　实验过程

2.1实验1

本实验装置见图1。具体操作及实验现象是：将铝粉和氢氧化钠固体各取3药匙，放在大试管里，为了尽量避免氢氧化钠固体吸收空气中的水分，在混合时，试管口先用橡皮塞塞上，然后振荡使两者充分混合。当加热时再取走橡皮塞。点燃酒精灯，当完全熔化后，从侧面看，很难看清楚气泡的产生情况，因为试管壁呈现银灰色，如同“银镜”。过了1～2分钟，用燃着的火柴放在试管口检验，没有出现爆鸣声。移走酒精灯后从试管口往试管底部看(戴护目镜)，发现熔融的混合液表面有少量气泡。笔者不能肯定这些气泡是否是氢气，因为液体沸腾时也会产生类似现象。

2.2实验2

另取一支洁净干燥的大试管，将铝粉和氢氧化钠固体各3药匙放入其中并混合均匀，用排水集气法收集所产生的气体，装置见图2。笔者按照收集气体的惯用做法：先排一会儿气体，待气泡均匀连续地放出时再收集。结果发现，开始的几秒钟，快速地产生大量气体，还没等笔者反应过来，气体变得很缓慢。错过了收集最初气体的时机，只好把缓慢放出的气体收集起来，移近酒精灯火焰，几乎听不到爆鸣声或“噗”的声音。由于后来气泡产生很缓慢，笔者自认为没有收集的价值，所以，没有继续收集气体就结束了实验。

2.3实验3

另取一支洁净干燥的大试管，将铝粉和氢氧化钠固体各3药匙放入其中，充分混合均匀，装置见图2。为了尽量减少试管中空气的干扰，先在固体混合物的上部缓缓均匀加热，把试管中的空气排掉一部分。为了防止出现实验2中快速产生的气体来不及收集的问题，笔者先把导管口伸到集满水的试管里，考虑到这样做并不影响氢气的检验。当加热时，把快速产生的气体收集好之后移近酒精灯火焰，听到了尖锐的爆鸣声，说明产生了氢气。第三次实验终于检测到氢气的产生，但并不能证明在无水的条件下铝和氢氧化钠能反应，因为没有排除掉固体中潮湿气可能对本实验的影响。

2.4实验4

在清洗前3次实验的试管时，发现加几滴水时，反应很剧烈，试管壁很烫。第二次实验的试管清洗时，用量程为100℃的温度计测量温度，结果发现很快超过了100℃的量程。第三次实验的试管清洗时，笔者用量程为300℃的水银温度计，结果发现温度很快达到了170℃左右。为什么加了几滴水反应如此迅速?从文献得知“水是铝和氢氧化钠反应的催化剂”。

2.5实验5

既然水能催化铝和氢氧化钠的反应，则固体中的少量“潮湿气”也能催化该反应的速率。笔者把实验1重做了一遍，把两者的混合物放入另一支大试管里，振荡使它们充分混合，然后把混合物上部的试管充分预热，这样既能使试管均匀预热，防止试管炸裂，又能赶走试管里的空气。几秒钟后当试管口出现“嘶嘶”的响声时，用燃着的火柴放在试管口，发现气体燃烧起来，见图3。

2.6　实验

为了探究在无水的情况下熔融的NaOH能否与Al粉反应，进行了第6次实验。为了排除氢氧化钠固体和铝粉中的潮湿气对反应的影响，笔者先把3药匙(约4.4g)氢氧化钠固体放在一支新取的干燥的大试管中，加热至熔化，并使上部的因潮湿气产生的水尽可能加热蒸发掉，然后给试管中部加热以防止空气中的水蒸气进入，直到因潮湿气产生的水全部蒸发掉以后，移走酒精灯，用橡皮塞塞紧试管口。接着把3药匙(约6.0g)铝粉放在另一支干燥的试管中小火加热烘干，也等因潮湿气产生的水全部蒸发掉以后，用橡皮塞塞紧管口，冷却。然后把该铝粉用纸槽快速地送入盛有氢氧化钠的试管底部，取下试管并用橡皮塞塞紧试管口，振荡试管使铝粉尽可能平铺在氢氧化钠的表面。预先把收集氢气的试管盛满水倒放在导气管吐，准备收集。点燃酒精灯，此时产生的气体较连续而且均匀(基本1秒钟产生1个气泡)，装置见图2。将收集的气体移近酒精灯火焰，出现了尖锐的爆鸣声。笔者连续收集了约14支试管(内径14mm，长度15cm)，经检验都出现了轻微的爆鸣声或“噗”的声音。而且在实验过程中还收获了意外惊喜：检验过氢气之后，把试管放到水槽中注入水时，当试管中的水接近满时，发现试管口有气体在燃烧，见图4。这可以很好地说明检验氢气的纯度时，如果经检验不纯，再用向下排空气法收集氢气时要先用拇指在试管口堵一会儿再去收集，因为试管里还可能有残余氢气在燃烧。

2.7实验7

借助DIS的氢气传感器，笔者做了第7次实验。本实验药品用量和除潮湿气的方法与实验6相同。把已干燥并已冷却至室温的铝粉加入到已除潮湿气并已凝固的氢氧化钠中时(冷却至室温)，把氢气传感器放在试管口，见图5(没有密封)。开始给混合物加热，结果发现，H2的体积分数很快从0升高到100％达最大量程。当把氢气传感器移开，H2的体积分数很快又从100％下降到0，然后又放在试管口，H2的体积分数又很快从0升高到100％。如此重复，可维持较长时间，见图6(部分时段)。源于：论文发表网www.7ctime.com
3　实验的结论与分析
由实验6和7可知，铝和氢氧化钠固体在没有水的情况下，加热至熔化状态时是能产生氢气的，但速率相对缓和，如果直接用燃着的火柴放在试管口检验，有时较难检测到氢气的生成，但用排水集气法收集或借助氢气传感器是能检测到氢气的。对于没有干燥的铝粉和氢氧化钠固体由于存在潮湿气，受热时开始的几秒钟内就能很快放出氢气，如果检验的操作稍微慢了点或过了1～2分钟再用燃烧着的火柴放在试管口去检验，也很难检验到氢气的生成，如实验2。
为什么很多人倾向于认为铝和熔融氢氧化钠不反应呢?因为他们认为如果能反应，反应物为Al和NaOH，生成物为NaAlO2和H2，而“Al+NaOH→NaAlO2+H2↑”是不能被配平的。笔者认为，上面反应式确实是配不平的，但是产物的化学式是否一定写成NaAlO2或Na[A](OH)4]有待进一步研究。维基百科(英文)和有些学者认为含铝产物为铝酸钠，其化学式为Na3AlO3，并给出反应的化学方程式：2Al+6NaOH→3H2+2Na3AlO3。有的学者利用氢氧化钠与铝土矿粉论文导读：
为原料生产出液态铝酸钠。还有一些学者认为含铝的产物非常复杂，在高温下可能存在二聚离子[Al2O(OH)6]2－等。尽管产物的化学式存在争议，但不能改变金属铝和熔融氢氧化钠反应的事实。著名化学家傅鹰说的好，化学是实验的科学，只有实验才是“最高法庭”。
4　实验探究的几点启示
本次实验探究使笔者获得几点启示。启示之一，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，对一些化学实验结论，不能人云亦云，一定要亲自动手实验。启示之二，实验方案的设计要合理、科学，不能想当然，避免主观性和随意性；实验仪器的精密度在条件允许的情况下尽可能高些，像实验7中氢气传感器的使用，很容易检测到氢气的生成。启示之三，鉴于铝和氢氧化钠在无水存在的情况下也能发生反应，水只是铝和氢氧化钠反应的催化剂，由于催化剂一般不作为反应物出现在方程式中，只作为条件来注明，以及铝和氢氧化钠反应生成的含铝产物结构的复杂性和不确定性，笔者建议教材最好不要出现铝和氢氧化钠溶液反应的化学方程式，让学生知道铝不仅与酸反应还能与碱反应即可，因为毕竟其含铝产物的结构还没有完全搞清楚。正如刘怀乐老师所说的“有时大家认为很简单的问题，其实并不简单；源于：论文范例www.7ctime.com
有时大家认为已完全解决了的问题，实际并未完全解决”。科学需要严密，我们应该尊重事实，忌把复杂问题简单化。