導語：鋁片表面致密氧化膜驗證實驗設計探討一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創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，根據產生的氣泡多少，可以說明鋁與氧氣結合生成氧化鋁薄膜，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，可以驗證鋁片表面氧化膜的致密性。此實驗原料易得無毒，理論建立在學生已有知識的基礎上，實驗現象明顯，適合教師進行課堂演示。

關鍵詞：氧化鋁；氧化膜；驗證；實驗設計

無論是初中化學還是高中化學，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生成致密的氧化鋁薄膜，這層膜起著保護內部金屬的作用”［1］說明，教師在課堂教學中也往往是直接進行注入式教學，而沒有實驗加以驗證，這不利于學生直觀理解與掌握知識，同時也不利于學生證據推理與模型認知核心素養的培養。此外，高中新教材對鋁表面氧化膜性質的表述為:“酸、堿還有鹽等可直接侵蝕鋁的保護膜（氧化鋁也能與酸或堿反應）?！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研究現狀

鑒于以上原因，有許多一線教師設計實驗向學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驗，從“鋁熔化但不滴落，像是有一層膜兜著一樣”［2］的實驗現象出發，讓學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，不符合化學學科的嚴謹要求。

1.2以汞齊實驗為基礎的對比實驗

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，同時在水中產生氣泡［3］。該方法借助實驗證明鋁片表面致密氧化膜的存在，符合化學學科以實驗為基礎的要求，但是由于氯化汞溶液有毒性，在中學階段無法用于學生實驗，另外，氯化汞破壞氧化膜形成汞齊也超出了學生的認知。

2實驗方案的選擇

分析上述兩種方法，驗證鋁片表面有致密氧化膜實驗；需要解決兩個問題：一是設計系統的證明實驗，二是確保實驗在中學階段的可行性。同時應從兩方面入手，一方面引導學生體會鋁片表面氧化膜的形成過程；另一方面是驗證鋁片表面膜的致密性。通過查閱文獻和預實驗，發現驗證鋁片表面有致密氧化膜的實驗難點主要有以下幾點，鋁片表面氧化膜厚度在0.01～0.05µm［4］，不易被直接獲取進行分析；能與氧化鋁反應的物質絕大多數都能與鋁反應，不易區別；氧化鋁薄膜結構復雜［5］。根據鋁片表面的氧化膜不溶于硫酸、硝酸，但可以溶于鹽酸，同時強堿溶液可以破壞鋁表面的氧化膜的特點［6］，在設計實驗時可從以下兩方面著手，在學生已有化學知識的基礎上進行定性研究，利用氫氧化鈉溶液除膜，將除膜鋁片進行梯度時間氧化，再與稀硫酸反應，比較不同氧化時間的反應結果，引導學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、硫酸銅的反應現象，驗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，實驗透明方盒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實驗內容

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，置于標記有25min的實驗盒中，同時開始計時。（2）秒表計時2min，將鋁片2按步驟（1）除膜，清洗，置于標記有20min的實驗盒中。（3）前一步操作完畢間隔2min后，重復上述操作，直至鋁片6置于標記有0min的實驗盒中。（4）向6只實驗方盒內快速倒入1mol/L的稀硫酸溶液，觀察實驗現象（圖1）。實驗結論：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生的氣泡越來越少，說明鋁片與空氣中的氧氣結合生成氧化鋁薄膜，但是膜的形成并不是迅速發生的。

4.2鋁片表面氧化膜致密性的實驗探究

（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，觀察實驗現象。（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，實驗現象如圖2至圖5所示。實驗結論：通過第一排第二排鋁方格的實驗現象對比，以及圖2出現紅色固體、圖3產生氣泡等現象，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實驗現象發現，隨著時間的延長，鹽酸可以溶解鋁箔表面的氧化膜，進而與鋁箔反應。

4.3實驗注意事項

（1）在探究鋁箔表面氧化膜的形成過程時，實驗的前期準備和實驗演示要緊密銜接進行，防止時間過長干擾實驗現象。（2）在探究鋁箔表面氧化膜形成過程的演示實驗中，學生要小組配合，同時向6個方盒內倒入稀硫酸。（3）在鋁片表面氧化膜致密性的實驗探究中，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試劑反應，干擾實驗現象。5總結與評價本實驗采用實驗室常見的試劑、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，并且是以學生已知的知識為基礎，便于學生理解，具有可行性。學生通過本實驗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識，同時也能鞏固學生對鋁及氧化鋁的化學性質的掌握。

參考文獻

［1］宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書化學必修1［M］.北京：人民教育出版社，2007.

［2］王晶，鄭長龍.普通高中課程標準實驗教科書化學第一冊（必修）［M］.北京:人民教育出版社，2019.

［3］周玉重.證明鋁片表面上有氧化鋁薄膜的實驗［J］.化學通報，1956（1）：53.

［4］劉永杰，劉憶，董闖，等.Al2O3薄膜的應用與制備［J］.真空與低溫，2002（12）：236.

［5］胡敏友，朱志江，張振.帶膜鋁片放入硫酸銅溶液的實驗探究［J］.化學教與學，2019（10）：96.

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

作者：王巖 蔡文聯 單位：閩南師范大學化學化工與環境學院