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铝与稀硫酸反应的异常现象探究
我们在做金属的化学性质的实验中，发现经过砂纸打磨过的铝片几乎不与稀硫酸反应，不符合金属活动性顺序。针对这以异常现象，我们在老师的指导下进行科学探究。
假设一：稀硫酸的浓度不够，反应难以发生。
实验验证：分别取不同浓度的稀硫酸与铝片（纯度为96%，且经过砂纸打磨，以下相同）反应。实验结果如下表：
表一 铝与不同H+ 浓度的稀硫酸反应（开始产生气泡的时间）
次 数 酸
稀硫酸 [H+]0.5g/L 稀硫酸 [H+]1.0g/L 稀硫酸 [H+]1.5g/L 实验现象（1—5min）
第一次（s）
18.59 19.34 41.59 极少量气泡
第二次（s）
12.5 26.48 83 极少量气泡
第三次（s）
16.5 37.22 53.62 极少量气泡
分析：由以上数据可以得出，硫酸的浓度越大，反应速度越慢。而且，不管取用哪种浓度的稀硫酸，都几乎不与铝反应。说明假设一不成立。由此可以猜测，铝与稀硫酸反应的异常现象与稀硫酸自身有关。
假设二：铝与稀硫酸反应是硫酸自身的原因。
实验验证：取用相同浓度的稀硫酸和稀盐酸与铝片反应
表二 铝与相同H+ 浓度的酸反应（开始产生气泡的时间） 次 数 酸
稀盐酸 [H+]1.0g/L 稀硫酸 [H+]1.0g/L
反应进程（min） 稀盐酸 [H+]1.0g/L 稀硫酸 [H+]1.0g/L
第一次（s）
8.12 19.34
表三 实验现象 1 少量气泡
2 较多量气泡 产生极少量的气泡
5 较多量气泡
第二次（s）
16.38 26.48
第三次（s）
7.4 37.22
分析：从上述数据得出假设二是成立的，说明铝与硫酸反应的异常现象与硫酸有关。同时也可以猜测，硫酸根在反应中起到了一定的阻碍作用。为确定这个猜测，我们进行了第三个实验。取用相同浓度的稀硫酸和稀盐酸在加入NaCl晶体、Na2SO4晶体后与铝片反应。实验数据见下表：
表四 加入少量NaCl 晶体
1
次 数 酸
稀盐酸 [H+]1.0g/L 稀硫酸 [H+]1.0g/L
第一次（s）
4.09 2.81
第二次（s）
3.47 5.53
第三次（s）
9.47 2.78
实验现象 （1—5min） 气泡逐渐增多 气泡增加少量
表五 加入少量Na2SO4 晶体
次 数 酸
稀盐酸 [H+]1.0g/L 稀硫酸 [H+]1.0g/L
第一次（s）
45 22.63
第二次（s）
39.78 25.31
第三次（s）
31.94 15.27
实验现象 （1—5min） 气泡有所增多 极少量气泡
分析：通过这组实验，并与表二、表三进行比较，发现加入NaCl 晶体后反应速度都增快，而加入Na2SO4 晶体后基本无变化。说明硫酸根和氯离子在酸与铝的反应中发生了不同的作用，从而使反应现象出现较大差异。
到底是什么原因造成了如此大的差异呢？我们只有通过查阅资料来解决这个问题。 在资料中我们找到原因。
结论：由于铝的化学性质非常活泼，很容易跟空气中的氧气发生反应形成一种致密的氧化膜——氧化铝。在用砂纸打磨时，铝片在接触空气的瞬间又重新生成了致密氧化铝膜，所以砂纸几乎无法除去铝片表面的氧化膜。氧化铝和铝的晶体结构同属于立方面心紧密堆积，二者结构的这种相似性决定了它们的结合紧密牢固，铝越纯，常温下越难与酸反应，同时也不与水反应。因此要使铝与酸反应，必须先破坏表面的氧化铝薄膜。而铝表面氧化膜的破坏既与氢离子有关，又受酸液中阴离子的影响，不同的阴离子对氧
－－
化膜的破坏能力不同，其中Cl对氧化铝薄膜的破坏能力最大，这是因为Cl既可以穿过氧化铝薄膜的缝隙，使氧化铝薄膜破裂而变成不连续的碎块，又可以移向铝表面把密
－
集阵中的水分子替换出来，阻止了氧化铝薄膜的进一步形成。正是由于Cl对氧化铝薄
＋
膜的这种强破坏作用，才使氢离子更容易与铝表面的氧化膜发生反应：6H＋Al2O3＝2Al3+＋3H2O； 同时氢离子穿过铝表面的氧化膜而与铝接触、发生反应：2Al+6H+=2Al3+＋3H2↑＋Q；随着反应的进行，铝表面氧化膜的逐渐减少，在单位时间内氢离子与铝的接触面积越来越大；达到一定程度后，铝片表面的氧化铝薄膜完全被破坏，使铝单质
－
完全暴露在氢离子周围。而SO42不仅不能破坏铝片表面的氧化铝薄膜， 还有利于修复这种被破坏的氧化铝薄膜，因此常温下铝片与硫酸几乎不反应。
参考文献：
[1] 武汉大学、吉林大学等校编《无机化学》第三版. 高等教育出版社 1994年 [2] 林美凤.铝与酸、碱反应的实验探索及理论研究（J）.化学教育. 2001年第12期 [3] 人民教育出版社化学室编著《高级中学教科书·化学》人民教育出版社2003年
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本文来源：https://www.wddqxz.cn/c975cf77f90f76c660371a21.html
2022-03-19
