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1、【标题】铝与氯化铜溶液反应的理论和实验研究 【作者】陈瑶 【关键词】铝氯化铜溶液实验理论研究 【指导老师】张婷 【专业】化学 【正文】引言化学是一门以实验为基础的自然科学，以实验为基础是化学学科的重要特征。高中化学新课程改革将化学实验提到一个全新的高度，实验在地位、功能、内容以及教与学的方式等方面，都发生了较大的变化，并从实验探究、实验事实、实验史实和实验方法论等角度重新阐释了以实验为基础的涵义。实验教学能激发学生的学习爱好和兴趣。儿童的天性是好动、好奇、好学，而实验的过程和现象又具有奇特、惊险和有趣的特点，这恰好迎合了儿童的这一天性。在实际教学中老师只有通过多种多样的实验，才能把儿童的好奇心
2、引导到学习上来，让他们边玩边实验、边学习，这才叫寓教于乐，体现出“书山有路勤为径，学海无涯苦作舟”的理念。实验教学促使学生有效地理解知识和掌握知识。从我们自身的感受中可以得知，百闻不如一见，百看不如一做，凡是自己亲身经历过的事，在我们的记忆里是非常深刻，有些甚至是终身难忘。因此，积极地开展实验教学，让学生进入到实验的环境中，在老师的参与、引导下通过多种多样，丰富多彩有趣的观察和实验，让学生亲身经历，主动地去探索、去研究，从而获取新的知识。这样学生的学习会更有效，更牢固地掌握和理解知识。实验教学能培养学生在诸多方面的能力，全面提高学生的科学素养。知识可以通过灌输，但能力是不能灌输的，一定的能力只
3、有通过相应的实践活动才能得到发展，而这一活动就是实验活动。学生在进行实验时要组织实验仪器，认识实验材料，既要分工，又要合作等等，这样可以培养学生的组织能力、分析问题和解决问题的能力，在进行实验的过程中必须要动手操作，这样可以培养学生的实践操作能力，进行实验要观察、要记录，并对一些实验现象进行分析、比较、判断、思考、推理、概括、归纳等等，这样可以培养学生的记录能力、观察能力、分析能力、思维能力、归纳能力等等，同时也才激发学生的兴趣，实事求是的科学态度，严谨细致的工作作风等也能得到培养。实验教学能教会学生正确的学习方法。在实验教学中学生能以自己亲身体验来理解科学的本质和精神，在实活动中，发现问题、
4、思考问题和解决问题。亲身经历以探索为主的学习活动是学习自然科学的主要途径。实验教学能引导学习像科学那样探索真理、发现真理，从小就把获取知识建立在实践的基础上，学会正确的学习方法。为了验证金属和盐发生置换反应的规律,初中化学课本安排了铝和铜盐溶液反应的演示实验，现行教材(人教社1995年版)是用CuSO4溶液和铝反应,而原用教材(人教社1987年版)是用CuCl2溶液和铝反应。那为什么会这样安排呢？发生反应时会有什么样的不同呢？因此，我查阅相关资料，并对铝和氯化铜溶液实验进行了探究，为找到更合适的条件去演示实验，使学生观察到明显的实验现象，从而正确的理解置换反应的概念。这个实验对学生正确理解置换
5、反应的概念具有十分重要的作用。铝与氯化铜溶液的反应，由于铝的活泼性和氯化铜水溶液由于水解显酸性，因此许多老师在演示这个实验得到的实验的现象会有所不同。中学生和刚刚执教中学化学的青年教师，他们或多或少的缺乏了解化学事实、观察化学现象的基本素质，总喜欢做跟教科书上一摸一样、理想化、标准化的化学实验。如果自己做的实验和教科书上的实验现象稍有出入，他们不是责怪试剂不纯、仪器不好就是责怪温度不高、药量不够，甚至责怪没有找到理想的催化剂等诸多客观原因。即使是一个能顺利进行的常规实验，由于温度、浓度的不同，物质的状态是粉末或块状是，反应现象迥异的情况并不是个别的。所以如何在实验上进行改进，使学生可以更好的理
6、解、学习并掌握强置换反应的概念是极为重要。1研究铝与不同浓度氯化铜溶液反应的情况1.1仪器和试剂烧杯；试管；玻璃棒；试管架；试管夹；温度计；秒表；钥匙；托盘天平；铝片；铝箔；铝粉；氯化铜固体；氯化钠固体；铜；1.2实验方法反应试管序号 1 2 3 4 5 6 7用3ml饱和氯化铜溶液与水稀释体积比 饱和氯化铜溶液3ml 1:1(共6ml) 1:2(共9ml) 1:4(共15ml) 1:6(共21nl) 1:10(共33ml) 4滴：20ml水(体积比约为1:200)1.3实验现象室温:17反应试管序号 1 2 3 4 5 6 7反应剧烈程度 反应异常激烈并沸腾，有大量溶液冲出试管 剧烈沸腾，有
7、溶液冲出试管 反应激烈，冒气泡 产生气体速率快 产生气体 立即产生气体 慢慢产生气体反应后温度（） 72 70 65 60 45 40 变化不大析出铜的量 很少 较多 多 很多 很多 很多 很少形成“桐树”的情况 很差 较差 好 很好 很好（粗大） 很好 较差反应完后生成物色样 酱油色样溶液，泥土样沉淀 酱油色样溶液，泥土样沉淀 淡酱油色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液2研究同一浓度的氯化铜溶液与铝粉、铝块、铝箔反应过程和结果2.1实验条件选择实验1中的5号氯化铜溶液与等量铝粉、铝块、铝箔反应。2.2实验现象2.2.1猜想现象化学反应速率不仅与压强、温度、催化剂、浓度等外界条件有关
8、，还与固体的表面积和物质的内部结构等有关。取相同量的铝片、铝箔、铝粉与相同量的同浓度的氯化铜溶液反应，由于其固体的表面积大小不一样，且表面积越大反应的速率越大，则由此可以推测铝片、铝箔、铝粉与同浓度的氯化铜溶液反应的剧烈程度从大到小依次是铝粉、铝箔、铝片；形成的桐树情况由好到坏依次是铝粉、铝箔、铝片。2.2.2实际现象反应试管序号 铝条 铝箔 铝粉反应剧烈程度（现象） 剧烈反应，冒气泡 反应较为缓慢，冒气泡 几乎不反应反应后温度（。C） 45 变化不大 变化不大置换出铜的量 很多 很少 几乎没有形成“桐树”情况 很好（粗大） 没有“桐树” 没有“桐树”生成物色样 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液3
9、从理论上对实验过程中出现的不同现象和结果进行分析3.1从理论上解释铝跟不同浓度氯化铜溶液反应现象3.1.1反应一段时间后有大量气泡主要从铜的表面逸出（氢气）对于产生氢气，有4点理解：(1)铝和氯化铜溶液的反应导致溶液温度升高，使铝和反应加热的水反应产生了氢气；(2)反应生成的铜和铝组成原电池，使铝更容易和水反应产生氢气；A1与反应析出的Cu以及电解质溶液组成了原电池，Al为负极，Cu为正极，发生电极反应：负极：2A1+ 6e= 2A13+正极：6H+ 6e= 3H23Cu+ 6e= 3Cu(3)铝和氯化铜溶液反应放出的热促使铜离子水解，铝和水解生成的酸反应产生氢气；2Al+ 3H2O= 2Al
10、(OH)3+ 3H2(4)课本上说铝制的容器不能盛放咸味的食物，因为食盐溶液能腐蚀铝制容器，所以此处也可能是氯离子的存在促进了铝和水的反应。对于该气体的验证：1.实验用品5号方法配置的CuCl2溶液，稀NaOH(10)溶液，铝片(过量)，洗涤剂溶液(1：1)，具支试管，铁架台，表面皿，火柴。2.实验装置1- CuCl2溶液 2-A1片 3一洗涤剂溶液(1：1)图1为铝片与CuCl2溶液反应的实验装置图3.实验步骤(1)按图1所示连接好装置，先检查装置的气密性。(2)向具支试管中加入3mlCuCl2溶液，再放入铝片(过量)，塞上塞子，观察发生的实验现象。(3)用燃着的火柴接近洗涤剂溶液上的气泡。
11、4.实验结果反应中可见有气体产生，用燃着的火柴接近洗涤剂溶液上的气泡，有轻微的爆鸣声。可见，生成的气体是氢气。反应中铝片上有红色物质析出，此红色物质是铜。用手触摸具支试管，有温暖的感觉，可知此反应是放热反应。13.1.2反应过程中析出铜，并形成“桐树”（生成的铜并没有紧密吸附着在铝丝的表面，而是呈蓬松的海绵状）分别取表面洁净光滑的3块铝片作组和实验1中的不同浓度的氯化铜溶液反应进行比较CuCl2溶液 实验1（4）号 实验1（5）号 实验1（6）号 铜呈海绵状 铜呈海绵状 铜呈海绵状分别取表面洁净光滑的3块铝片，下半截缠上细铜丝后作组和不同浓度的氯化铜溶液反应进行比较CuCl2溶液 实验1（4）
12、号 实验1（5）号 实验1（6）号 铜呈海绵状 铜呈海绵状 铜呈海绵状实验结论：实验中的铝片表面光滑且已除去表面的氧化膜，和不同浓度的氯化铜溶液反应得到的铜都呈海绵状，说明铝和氯化铜溶液反应生成的铜的形态和氯化铜溶液的浓度无太大关系；半截缠上铜丝的铝片和氯化铜溶液反应，生成的铜基本上集中在缠有铜丝部位，说明该反应中铜铝原电池确实存在，反应会生成H2，这是生成海绵状的“桐树”原因之一。23.1.3反应过程中溶液的温度均升高，因为该反应是典型的放热反应3.1.4对反应后生成物的探究反应试管序号 1 2 3 4 5 6 7反应完后生成物色样 酱油色样溶液，泥土样沉淀 酱油色样溶液，泥土样沉淀 淡酱油
13、色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液用滴管吸取反应溶液滴入较多的水中 大量白色沉淀 较多白色沉淀 稍有白色沉淀 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液 蓝色溶液主要生成物 H2、Cu、 CuCl(最多)、Al3+ H2、Cu、CuCl(多)、Al3+ H2、Cu、CuCl(少)、Al3+ H2、Cu、 Al3+ H2、Cu、 Al3+ H2、Cu、 Al3+ H2、Cu、 Al3+Al和不同浓度CuCl2溶液反应，随着反应的进行，尽管Cu2+、H+的浓度在减小，但反应溶液最终仍呈现弱酸性，因此不可能有Cu(OH)2蓝色沉淀生成混在泥土样沉淀中，则就更不可能有Cu(OH)2的分解产物CuO生成。
14、3当铝和氯化铜反应的时候会马上发生置换反应而生成铜单质，Cu会马上与溶液中的CuCl2发生化学反应：Cu2+ 2Cl-+ Cu= 2CuCl，当铜作为还原剂时，由于难溶的CuCl附着在Cu的表面，影响反应的据需进行。4因此只要Al是足量的，浓CuCl2溶液中的Cu绝大多数要转化成CuCl沉淀，仅有极少量的Cu附着在Al条上形成桐树。因此当足量的Al与高浓度的CuCl2溶液反应时会主要生成CuCl，而在溶液中形成沉淀析出。尽管CuCl是不溶与水的，但此时CuCl会溶解在含Cl-的CuCl2和AlCl3中生成CuCl2-、CuCl32-等氯配铜酸根离子，形成像中药色样的黑色溶液，不溶部分CuCl则
15、呈浅绿色到泥土色样的沉淀析出来。5同时这也可以根据在高中讲了的氧化还原反应，特别是讲了FeCl3，Fe3+的氧化性来解释，有Fe3+ Fe= 2Fe2+作基础，对序号1序号2和序号3的实验，观察现象，可以做出一系列的分析：（1）3CuCl2+ 2Al= 2AlCl3+ 3Cu+Q反应是放热反应。（2）CuCl2的浓度大（如序号1序号2序号3），反应热多而集中，反应溶液的温度会骤然升高，此时Cu2+与Al置换生成的Cu即刻CuCl2发生相似于Fe3+与Fe 2Fe2+的反应，这里生成CuCl：CuCl2+ Cu= 2CuCl，尽管CuCl是不溶与水的，但此时CuCl会溶解在含Cl-的CuCl2和AlCl3中生成CuCl2-、CuCl32-等氯配铜酸根离子，形成像中药色样的黑色溶液，不溶的部分CuCl则呈浅绿色到泥土色样的沉淀析出来。6同时还可以对实验序号1序号2和序号3进行实验分析：把Al跟CuCl2浓溶液反应生成的生成物倒入较多水的烧杯中，观察析出白色不溶于水的CuCl沉淀，这从理论上分析：这是由于加水稀释之后，Cl-的浓度降低，CuCl2-、CuCl32-离子遭到破坏，使其转化为CuCl沉淀。同时又可以向CuC
