金属铝置换硝酸中氢的实验研究

金属铝置换硝酸中氢的实验研究

亚硝酸盐是一种强氧化酸，与金属或还原剂作用于金属或其他低氧化物质的产物。偶尔有金属银、锌和银杏叶变换金属银丝，但没有关于金属铝转嫁氢的报道。因此，设计设计磺酰胺和硝酸铵的实验装置和方法，有助于充分认识磺酸和硝酸钠的性质，深刻理解产品的规律，正确理解和灵活运用化学品的原则。同时，我们可以有效地将课堂与科学研究有机结合，积极促进学生的个性发展和创新思维。我们首先报道了用铝代替硝酸中氢的简单实验设备和有效实验方法。1实验1.1实验设备金属铝置换硝酸中氢的实验装置设计见图1.1.2小试和火焰爆鸣声的检测(1)取一支与大试管等长的无底小试管套入大试管内,并将其插入广口瓶,再向小试管注入0.07mol/L硝酸,使酸液面低于管口约0.5cm处保持稳定为止.(2)取一块用砂纸打磨光亮的铝箔系牢在细线的一端后将其卷起,再浸入HgCl2溶液中,当表面呈现灰黑色(约1min)时取出并将其放入上述准备好的小试管中,立即塞上橡皮塞(见图1①).(3)迅速提起小试管,使其下端略低于大试管酸液面,并用试管夹将其夹住搁在大试管口上(见图1②).(4)观察铝箔会立即快速产生大量气泡,当反应进行到小试管内酸液面脱离铝箔时(见图1③),经仔细观察气体的颜色为无色.(5)提升小试管使其下端略高于大试管酸液面,让管内多余酸液流出,以便空气进入管内,然后放下小试管,仔细观察气体的颜色仍为无色.(6)拔开橡皮塞,同时用点燃的火柴梗接近试管口,可听到气体爆鸣声.(7)如当反应进行到小试管内酸液面脱离铝箔后放下小试管,使大小两试管液面保持同一水平面后固定小试管,再拔开橡皮塞.用点燃的火柴梗接近试管口,则听到“噗”的一声,同时见火焰窜进小试管内.2实验原则与讨论2.1原理实验原理大致可用下列化学方程式表示:纯H2在空气中安静燃烧,点燃只听到“噗”的一声)2.2催化剂的氧化准确标定浓度为4.00mol/L硝酸.以此为基准酸液,按实验进程将其稀释成所需浓度.探索产生氢气时硝酸的最高浓度及最佳浓度.另外,取一块铝箔,用砂纸将其打磨光亮后浸入HgCl2溶液中,使铝产生铝汞齐,以阻断铝薄致密氧化膜的生成.实验结果见表1.表1表明,产生氢气时硝酸的最大浓度为1.6mol/L,产生氢气最快时硝酸浓度为0.07mol/L.硝酸通过NO2获得还原剂的电子,反应加速,NO2起到催化作用.尽管强氧化性硝酸与金属或还原剂作用一般是其N元素被还原成各种低氧化态的产物.但硝酸浓度较大时,硝酸与铝反应也能产生氢气:Al+H+→H2+Al3+,不过所产生的氢气还没来得及逸出,就被硝酸氧化了,硝酸本身则被还原成NO2.随着硝酸浓度的降低,NO2被进一步还原,产物为NO、N2O、N2、H2NNH2、NH3等.在酸性介质中,尽管电极电势数据暗示NO3离子是颇强的氧化剂,然而动力学原因导致它在稀酸中的反应一般都很慢,浓度低于2mol/L的硝酸其氧化能力小.由于氧加合质子之后会促进N-O键断裂,浓HNO3在热力学上是更强的氧化剂,而且反应速率快于稀硝酸.因此,伴随硝酸浓度的逐渐降低,NO3的氧化能力也逐渐减弱,氧化反应速率降低,所产生的H2被氧化的机会随之减少,导致产生H2的速度逐渐加快.当硝酸浓度降低到一定程度时,能传递电子并起催化作用的NO2生成速率很慢,产生的数量很少,NO2获得金属铝的电子的几率减少.此时的氧化能力明显减弱,则铝与H+反应产生的H2被氧化的可能性就更小.于是,硝酸的主要还原产物不再是氮的低价态化合物或氮气,很明显是H+被还原为H2.当硝酸浓度进一步降低,H+的浓度也随之降低,产生氢气的速率当然转而逐步减慢.室温下,用金属铝直接浸泡在<4.00mol/L不同浓度硝酸中,实验现象见表2.实验结果表明,没有经过氯化汞溶液处理的铝箔与稀硝酸作用几乎检测不出氢气的生成.用砂纸去膜的金属铝与水或氧气反应又会生成致密氧化膜,从而又起到保护作用.要使去膜的金属铝不再生成致密氧化膜并能不断地与稀硝酸继续反应,首先必须阻断致密膜生成的途径.有效可行的方法是:让去膜的金属铝与氯化汞溶液反应置换出汞并生成铝汞齐.由于铝汞齐的生成,使部分晶格铝原子被汞原子占住,以至不能再生成致密氧化膜,导致金属铝能与稀硝酸中的H+持续不断反应,同时产生H2(见表1).3产生氢气时苯甲酸量室温下,铝汞齐与一定浓度的稀硝酸作用可产生氢气.而金属铝箔直接与稀硝酸作用不产生氢气.实验结果表明,产生氢气时硝酸的