铝热反应

铝热反应_5分词条

 
铝热反应铝热反应
可简单认为是与某些金属氧化物(如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)在高热条件下发生的反应。
利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质,工业上常用铝粉来还原一些氧化物,这类反应被称为铝热反应。例如,在焊接铁轨时,人们常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,由于反应放出大量的热,置换出的铁以熔融态形式流出。让熔融的铁流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。此外,铝热反应还可以表示铝元素置换其他金属元素(如等)的氧化物置换出该金属元素。
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铝热反应 化学式

       
铝热反应实验装置
实验反应化学方程式:
氧化铁
2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe

四氧化三铁
8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe

二氧化锰
4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn
(反应条件都为高温)

铝热反应 适合金属

       
铝热法一般用来制备高熔点且活泼性小于铝的金属,比如Cr、Mn、Fe、Mo等等。Al是否可以用CO等还原性气体还原还没见过,不过铝可以用C还原,其还原需要相当高的温度,大约是2000度,要达到这么高的温度成本更高,另外Al和O的结合能力比较强,单用还原剂不容易将其还原。

高熔点的金属一般还原所需的温度也较高,用H2、CO还原的成本也高,但是像铁这一类的用H2和CO在较低的温度下就可以还原了就不用铝热法了。工业上的生成都是由成本来决定的,所采用的方法肯定就是成本最低的方法。

铝热反应 实验

       
铝热反应实验装置
仪器和药品

蒸发皿、铁架台(带铁圈)、小试管(10cm×10mm)、3-4cm长的铁钉、氧化铁、铝粉、氯酸钾(研细)、酒精棉球(或直冲式打火机)、砂子烧杯药匙坩埚钳镊子剪刀火柴、砂纸、水、钉锤。

实验步骤
1.将盛满砂子(用水润湿)的蒸发皿架在铁架台的铁圈上。
2.在小试管内装入1/2-1/3干燥的砂子。
3.用镊子向砂中插入两支去掉钉帽的铁钉,将铁钉约1/4部分留在砂外并用镊子将其靠紧。
4.在砂子上面装满按照质量比为7:2混合均匀的氧化铁粉末和铝粉,并墩实。
5.在装满药品后的小试管上部放入少量氯酸钾粉末(用药匙将氯酸钾与表面药品略为混合),并在小试管上部插入一根(约3cm)打亮的镁条。将小试管竖直插入盛有砂的蒸发皿中。
6.用酒精棉球(或直冲式打火机)点燃镁条。
7.反应完全后,用坩埚钳夹住小试管的一端并将其敲断(或趁热在砂与红热界面处滴加少量水),倒出砂子并取出已焊接在一起的两支铁钉。

铝热反应 实验注意事项

       
铝热反应铝热反应

首先,铝热反应有一定的危险性,如果没有较好有效的防火和耐高温措施,不适合在家里或房间里做该实验,否则容易造成化学烫伤,化学火暴火乍等事故。如果对铝热感兴趣,可以选择室外或者安全的有防火措施的房间进行实验,并建议用氧化铁作为金属氧化物,并严格控制反应物量的大小,建议铝粉可稍微过量,以使金属氧化物完全反应。在使用镁条时请注意,镁条必须打磨光亮,并且要10厘米左右,太短热量不够,太长燃烧时间太长,并造成浪费。建议不要在承接容器中加水,否则水高温分解的氢气容易产生化学火暴火乍。切忌不能在反应物附近放可燃物,易燃物或玻璃等易爆物品。当用氯酸钾作氧化剂时,切不可加大剂量,否则会引起物理爆炸和化学爆炸,在点燃反应物之前,先撤离周围人员,并保持一段距离。

在点燃镁带时,可使用高温打火机,喷火枪酒精灯。发现镁条逐渐变黑和闪火星时,说明镁条已经吸收了够多的热量,马上要燃烧了,这时要继续加热,并准备撤离。点燃镁带后,要赶快离至适合的距离,实验者必须戴墨镜或防强光的设备观察实验现象,以防止被铝热反应的强光灼伤眼睛。绝对不允许在反应物旁观察反应现象。反应时,会有900~1500摄氏度的高温的金属熔融物喷出,这时要隔离周围人员,不得靠近。反应结束后,不可用水浇灭,要等其自然冷却。

进行反应时,容易造成剧烈反应的金属氧化物,如二氧化锰等,建议不要用相机进行拍摄,如需拍摄分析,最好用耐强光的镜头,或在镜头上装上黑色胶片等。

冷却结束后,可看见被还原的金属,该金属可收藏或再使用。

铝热反应 用途

       

铝热反应十分激烈,所以点燃后难以熄灭。若在钢等其他金属物上点燃,还会熔穿金属物,加剧反应。故常被用于制作燃烧弹,可以熔穿装甲。

铝热反应过程中放出的热可以使高熔点金属熔化并流出,故铝热法广泛运用于焊接抢险工程之中。另外,铝热法也是冶炼钒、铬、锰等高熔点金属的重要手段。

除此之外,其他的金属单质与金属氧化物混合之后点燃,也会发生强烈的氧化还原反应,效果类似于铝热反应。其中的金属单质可以是铝、镁、钙、钛、硅、硼,而金属氧化物可以是三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铬、二氧化锰、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜和四氧化三铅等。有时这些反应也根据反应中的还原剂而被称为“镁热法”、“硅热法”、“钙热法”、“碳热法”等等。

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铝热反应 参考资料

       
1、http://chem.cersp.com/HXJS/200604/561.html
2、http://www.eku.cc/xzy/sctx/111146.htm
3、http://czhx.yimingjiaoyu.com/Image.aspx?ItemId=41582

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