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向蠻力說"NO"---金屬的氧化還原之二
by yangsp, 2011-08-01 09:18:07, 人氣(3337)

中學化學示範實驗

Chemical Demonstrations for High School


國立彰化師範大學理學院化學系 提供

【策劃者:楊水平】  【製作者:劉敏香  E424037


向蠻力說"NO"---金屬的氧化還原之二

簡介

利用氧化還原的方法將鋁罐輕易地撕成兩半。

示範步驟

1. 取兩個空的鋁罐,其中一罐用一支尖鑽頭的工具於罐內約中間的位置用力刮一圈(但不可刺穿鋁罐),如圖一所示。
2. 將 200 mL 1 M 的氯化銅溶液倒入已刮過的鋁罐內,為防止液體流出鋁罐,將此鋁罐置於一個大燒杯中,如圖二所示。
3. 當看到刮處的罐外某處有黑色痕跡時,立刻把鋁罐內的氯化銅溶液倒出並用水洗淨之,此時可輕鬆用手把此鋁罐分成兩半了,如圖三所示。
註:示範時給學生已處理過及未處理過的鋁罐,讓他們試著去扭斷此二鋁罐。
圖一 圖二

圖三

溶液和器材

1. 空的鋁罐(約 250 mL)兩個。
2. 尖鑽頭工具一支。
3. 大燒杯(約 500 mL)一個。
4. 配製1 M 的氯化銅:約 22 g 的CuCl2(s)(cupric chloride)溶於 200 mL 的水中。

原理和概念

1. 本實驗的反應式: 3Cu2+(aq) + 2Al(s) → 3Cu(s) + 2Al3+(aq)
2. 氧化數減少為還原作用:Cu2+(aq)  →  Cu((s)
氧化數增加為氧化作用:Al(s)  → Al3+(aq)
3. 氧化劑:Al(s)
還原劑:Cu2+(aq)
4. 金屬活性大小: Al > Cu

教學提示

1. 可將處理過的鋁罐和未處理過的空罐混合在一起讓學生試著去扭看看,以作為引起學習動機。
2. 鋁製的飲料罐自 1970 年開始被人們利用,至今每年約有超過二百萬噸的鋁被利用來做鋁罐。
3. 鋁製的飲料罐的優點是:鋁是無臭的、無毒的、質量輕、無味的,並且它是熱的良導體。
4. 鋁罐的內部有一層塑膠薄膜並且鋁罐外部也有塗上一層油漆的廣告字樣,目的都是為了防止鋁被氧化。
5. 鋁製品它的持久性帶來環境污染的問題,但是幸運的是它可回收再利用。
6. 配製氯化銅溶液需戴上手套。

問題和參考答案

1. 鋁為什麼適合用來做食物的容器?
答: 雖然鋁的活性比一般金屬為大,但是易與氧作用形成一層氧化鋁的保護層,而且用於食物的容器時,內層會有一層塑膠膜。鋁製的飲料罐的優點是:鋁是無臭的、無毒的、質量輕、無味的,並且它是熱的良導體。
2.  為什麼市面上有些飲料的包裝是鋁罐?有些是鐵罐?他們的區別在哪?
答: 就拿鋁罐跟鐵罐來比較,因為鋁罐比鐵罐更具有可塑性、質輕,而且製作鐵罐的成本低於鋁罐,所以當要盛裝食物時,除需考慮食物的取用及保存方法來選擇外,廠商更會考慮材質與食物間成本的問題,例如盛飲料的易開罐鋁罐,盛肉醬的鐵罐(馬口鐵:鍍上錫的鐵)。
3. 商業上的鋁是怎樣被製備出來?
答: 用郝耳法(Hall  process)來電解三氧化二鋁(Al2O3(l))(以冰晶石Na3AlF6為助熔劑)。
陽極(C 棒):2O2- + C → CO2 + 4e-
陰極(石墨):Al3+ + 3e- → Al

參考資料

1. Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd ed., 1988, Volume 1, p. 152, Washington, D.C., American Chemical Society.

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 大學普通化學

安全

 ● 示範這個實驗必須戴安全眼鏡及可丟棄的手套。
 示範這個實驗實行適當的風險評估是老師的責任。

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