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"鋁"寶寶再利用---鋁罐製成明礬
by yangsp, 2011-08-31 22:09:47, 人氣(7768)

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:生物學系 陳信任  E523045


"鋁"寶寶再利用---鋁罐製成明礬

簡介

鋁可以和鹼反應,再與硫酸作用,製造明礬結晶。

示範步驟

1. 用剪刀把用過的鋁罐切開成片或取若干公克的鋁箔,如圖一所示。
2. 刮去鋁片外表的漆及內面的塑膠,如圖二至圖三所示。
3. 把鋁片切成小片(約 0.5 公分長),如圖四至圖五所示。
4. 將切好的小片放入含有50 mL 4M KOH溶液的燒杯中,如圖六所示,誏它保持反應直到氫氣不再生成。
5. 過濾並收集濾液於250 mL的燒杯中,或靜置取上層澄清溶液。
6. 慢慢地加入25-30 mL 9M的硫酸。
7. 於燒杯下放一冰墊,觀察漂亮的結晶形成,如圖七所示。
圖一 圖二
圖三 圖四
圖五 圖六
圖七

溶液和器材

1. 鋁罐一個。
2. 小刀一支。
3. 250 mL 的燒杯二個。
4. 濾紙二張。
5. 4M的KOH溶液:溶解112克的 KOH於水中形成500 mL 的溶液。
6. 9M的硫酸:於50mL的水中加入硫酸形成100 mL的溶液。(注意:稀釋時,以硫酸加入水中)
7. 冰塊一包。

原理和概念

1. Al和KOH溶液的反應可形成Al(OH)4-及H2,其反應式如下
2Al(s) ﹢ 2OH-(aq) ﹢ 6H2O(l) → 2Al(OH)4-(aq) ﹢ 3H2(g)  
2. 加入適量的硫酸可形成Al(OH)3(s) 沉澱,其反應式如下:
Al(OH)4-(aq)  ﹢H+(aq)  →Al(OH)3(s) ﹢ H2O(l)
3. 再加入多餘的酸可與Al(OH)3作用形成Al3+和水的澄清溶液,其反應式如下:
Al(OH)3(s)  ﹢3H+(aq) → Al3+(aq) ﹢3 H2O(l)
4. 加入硫酸後,生成明礬沉澱,冷卻可降低明礬的溶解度,其反應式如下:
K+(aq) ﹢Al3+(aq) ﹢2SO42-(aq) ﹢12H2O(l) →KAl(SO4)2‧12H2O(s)

教學提示

1. 這一連串的反應需要一些時間,可以用等待的時間來說明這些反應方程式,以及討論鋁再利用的重要性。
2. 鋁的壽命可以達100年。
3. 在美國超過90%的鋁氧礦石需仰賴進口,而鋁回收時所需能量只是從含鋁礦物提煉出鋁所需能量的5%,因此鋁回收以能源的觀點來看相當重要。
4. 溶液中需含有硫酸鹽、三價正離子(Al3+ 或Cr3+)及單價離子(Na+ 或K+)才能形成明礬結晶(離子化合物),此結晶可再長得更大。
5. 明礬常當做紙工業、醃漬食品工業中水純化的促凝劑。
6. 沉澱過程用冰塊可以加快其結晶的速率,而且放置時間長一些,沉澱量會較多。

問題和參考答案

1. 請描述明礬的結晶。
答: 透明粒狀。
2. 如何才能使明礬中的鋁再形成金屬?
答: 加入活性比Al大的金屬,如Na、Ca和Mg。
3. 當酸加到反應後的KOH溶液中時,會產生什麼現象?
答: 先有沉澱而後變澄清。
4. 如何能使明礬"長大"?
答: a、放入一塊明礬的晶種。b、在杯子下面放冰塊冷卻或放久一點使之慢慢冷卻。

參考資料

1.  Summerlin, Lee R. and Ealy, Jr., James L., Chemical Demonstrations: a Sourcebook for Teachers, 2nd Ed., 1988, Volume 2, p 54-55, Washington, D.C., American Chemical Society.
2. Ebbing, Darrell D. and Wrighton, Mark S., General Chemistry, Third Edition, Houghton Mifflin Company, Boston, 1990.

適用程度

國民小學 ˇ國民中學 ˇ高級中學 ˇ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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