導(dǎo)語：鋁片表面致密氧化膜驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：按一定時間梯度將除膜鋁片與氧氣接觸，隨后與稀硫酸反應(yīng)，根據(jù)產(chǎn)生的氣泡多少，可以說明鋁與氧氣結(jié)合生成氧化鋁薄膜，但膜是逐漸形成的。對比除膜鋁片和帶膜鋁片與鹽酸、硫酸、硫酸銅的反應(yīng)，可以驗(yàn)證鋁片表面氧化膜的致密性。此實(shí)驗(yàn)原料易得無毒，理論建立在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，適合教師進(jìn)行課堂演示。

關(guān)鍵詞：氧化鋁；氧化膜；驗(yàn)證；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

無論是初中化學(xué)還是高中化學(xué)，對于鋁不易生銹的原因都是直接用“鋁與空氣中的氧氣反應(yīng)生成致密的氧化鋁薄膜，這層膜起著保護(hù)內(nèi)部金屬的作用”［1］說明，教師在課堂教學(xué)中也往往是直接進(jìn)行注入式教學(xué)，而沒有實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，這不利于學(xué)生直觀理解與掌握知識，同時也不利于學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。此外，高中新教材對鋁表面氧化膜性質(zhì)的表述為:“酸、堿還有鹽等可直接侵蝕鋁的保護(hù)膜（氧化鋁也能與酸或堿反應(yīng)）?！保?］如何證明鋁片表面存在一層致密的氧化膜？這層膜是不是立即形成的？它是否能溶于所有的酸？

1研究現(xiàn)狀

鑒于以上原因，有許多一線教師設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)向?qū)W生證明鋁片表面存在一層致密的氧化膜。

1.1加熱熔融不滴落

有教師通過演示加熱鋁片的實(shí)驗(yàn)，從“鋁熔化但不滴落，像是有一層膜兜著一樣”［2］的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出發(fā)，讓學(xué)生直觀感受鋁片表面存在一層致密的氧化膜。這種方法雖操作簡單，但無法證明膜是與空氣中氧氣反應(yīng)生成的氧化膜，也無法證明鋁片表面氧化膜的致密性，不符合化學(xué)學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)要求。

1.2以汞齊實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的對比實(shí)驗(yàn)

周玉重首先使用氯化汞溶液除去氧化膜，再置換出汞生成汞齊，由于汞的存在，鋁片在空氣中氧化后不能生成致密的氧化鋁薄膜而成絮狀氧化鋁，同時在水中產(chǎn)生氣泡［3］。該方法借助實(shí)驗(yàn)證明鋁片表面致密氧化膜的存在，符合化學(xué)學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的要求，但是由于氯化汞溶液有毒性，在中學(xué)階段無法用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，另外，氯化汞破壞氧化膜形成汞齊也超出了學(xué)生的認(rèn)知。

2實(shí)驗(yàn)方案的選擇

分析上述兩種方法，驗(yàn)證鋁片表面有致密氧化膜實(shí)驗(yàn)；需要解決兩個問題：一是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的證明實(shí)驗(yàn)，二是確保實(shí)驗(yàn)在中學(xué)階段的可行性。同時應(yīng)從兩方面入手，一方面引導(dǎo)學(xué)生體會鋁片表面氧化膜的形成過程；另一方面是驗(yàn)證鋁片表面膜的致密性。通過查閱文獻(xiàn)和預(yù)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)證鋁片表面有致密氧化膜的實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)，鋁片表面氧化膜厚度在0.01～0.05µm［4］，不易被直接獲取進(jìn)行分析；能與氧化鋁反應(yīng)的物質(zhì)絕大多數(shù)都能與鋁反應(yīng)，不易區(qū)別；氧化鋁薄膜結(jié)構(gòu)復(fù)雜［5］。根據(jù)鋁片表面的氧化膜不溶于硫酸、硝酸，但可以溶于鹽酸，同時強(qiáng)堿溶液可以破壞鋁表面的氧化膜的特點(diǎn)［6］，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時可從以下兩方面著手，在學(xué)生已有化學(xué)知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行定性研究，利用氫氧化鈉溶液除膜，將除膜鋁片進(jìn)行梯度時間氧化，再與稀硫酸反應(yīng)，比較不同氧化時間的反應(yīng)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生體會鋁片表面氧化膜的形成過程；通過對比除膜鋁片和帶膜鋁片與鹽酸、硫酸、硫酸銅的反應(yīng)現(xiàn)象，驗(yàn)證鋁片表面氧化膜的致密性。

3器材和藥品

鋁片若干，鑷子，膠頭滴管4支，水槽2只，實(shí)驗(yàn)透明方盒6個。1mol/L的氫氧化鈉溶液，1mol/L稀鹽酸，1mol/L稀硫酸，1mol/L稀硝酸，飽和硫酸銅溶液。

4實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

4.1鋁箔表面氧化膜的形成過程

（1）裁剪6片大小相同的鋁片，編號為1~6。將鋁片1浸泡在盛有1mol/L的氫氧化鈉溶液的水槽中2min，取出并在清水槽中清洗1min后，置于標(biāo)記有25min的實(shí)驗(yàn)盒中，同時開始計(jì)時。（2）秒表計(jì)時2min，將鋁片2按步驟（1）除膜，清洗，置于標(biāo)記有20min的實(shí)驗(yàn)盒中。（3）前一步操作完畢間隔2min后，重復(fù)上述操作，直至鋁片6置于標(biāo)記有0min的實(shí)驗(yàn)盒中。（4）向6只實(shí)驗(yàn)方盒內(nèi)快速倒入1mol/L的稀硫酸溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖1）。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：隨著除膜鋁片在空氣中放置時間的延長，鋁與稀硫酸接觸后產(chǎn)生的氣泡越來越少，說明鋁片與空氣中的氧氣結(jié)合生成氧化鋁薄膜，但是膜的形成并不是迅速發(fā)生的。

4.2鋁片表面氧化膜致密性的實(shí)驗(yàn)探究

（1）取一大片鋁箔折疊，得到兩排各含有4個鋁方格的鋁格條。（2）向第一排的3個鋁方格中分別滴加1mol/L稀鹽酸，1mol/L稀硝酸，飽和硫酸銅溶液，第四個鋁方格不做處理，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（3）向第二排4個鋁方格中先分別滴加1mol/L的氫氧化鈉溶液，1min后擦拭去氫氧化鈉溶液，再分別在前3個鋁方格中滴加1mol/L稀鹽酸，1mol/L稀硝酸，飽和硫酸銅溶液，第四個鋁方格不做處理，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如圖2至圖5所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過第一排第二排鋁方格的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對比，以及圖2出現(xiàn)紅色固體、圖3產(chǎn)生氣泡等現(xiàn)象，可以證明未除膜的鋁箔，即有氧化膜的鋁箔表面可以阻絕硫酸銅溶液、稀硝酸溶液、稀硫酸溶液，證明了鋁箔表面氧化膜的致密性。但是，從圖4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，隨著時間的延長，鹽酸可以溶解鋁箔表面的氧化膜，進(jìn)而與鋁箔反應(yīng)。

4.3實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）在探究鋁箔表面氧化膜的形成過程時，實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)演示要緊密銜接進(jìn)行，防止時間過長干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（2）在探究鋁箔表面氧化膜形成過程的演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要小組配合，同時向6個方盒內(nèi)倒入稀硫酸。（3）在鋁片表面氧化膜致密性的實(shí)驗(yàn)探究中，用氫氧化鈉溶液對第二排鋁格除膜后，要擦干凈氫氧化鈉溶液，防止氫氧化鈉溶液與后續(xù)試劑反應(yīng)，干擾實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。5總結(jié)與評價本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室常見的試劑、材料，避免了汞的鹽溶液等有毒試劑，此外在課堂上演示占用時間較少，并且是以學(xué)生已知的知識為基礎(chǔ)，便于學(xué)生理解，具有可行性。學(xué)生通過本實(shí)驗(yàn)不僅能對鋁片表面氧化膜的形成過程和致密性有更深層次的認(rèn)識，同時也能鞏固學(xué)生對鋁及氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)的掌握。

參考文獻(xiàn)

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［6］段昌平，夏利君，江嵐.對鋁表面氧化膜性質(zhì)的探究［J］.化學(xué)教育，2012（11）：102.

作者：王巖 蔡文聯(lián) 單位：閩南師范大學(xué)化學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院