超酷化學秀：鋁熱反應─鋁的「氧氣掠奪戰」與放熱原理！

我是科學訓練師桑子研。每天都是實驗。

大家聽過「鋁熱反應」這個詞嗎？它是一種非常戲劇性的化學反應，將氧化鐵和鋁粉末混合後點火，會產生劇烈的熱量和光芒，並生成鐵。這個實驗就像煙火一樣閃耀，能近距離感受化學的奧秘，絕對會讓學生們印象深刻。而且它還能生成我們身邊常見的金屬「鐵」，是一個非常有啟發性的化學反應。

要成功進行這個實驗，需要注意幾個安全事項並做好萬全的準備。不過，當你親眼見證它的震撼時，就會覺得這些準備都是值得的。這次，我就來為大家介紹我們科學社實踐鋁熱反應的過程。這是一個經過反覆調整，充滿心意的實驗。

什麼是鋁熱反應？從化學角度解析

鋁熱反應是利用鋁強烈的還原能力所產生的反應。用化學反應式表示如下：

ceFe2O3+2Al −>2Fe +Al2O3

如這條方程式所示，當氧化鐵( $Fe2O3$ )和鋁( $Al$ )反應時，會生成鐵( $Fe$ )和氧化鋁( $Al2O3$ )。

我們來仔細看看。鋁是一種反應性很強的金屬，很容易與氧結合。而氧化鐵則是鐵和氧結合而成的化合物。在這個實驗中，鋁會從氧化鐵中「奪走」氧，讓鐵以單質的形式分離出來，而鋁本身則變成了氧化鋁。

這個反應是一種會釋放大量熱量的放熱反應，其產生的熱量足以讓生成的鐵熔化成塊狀。據說溫度能達到2000°C以上。由於這種高溫特性，它也被應用於鐵路焊接等領域。

科學社實踐！準備與實驗過程

前些日子，我們科學社也進行了這個鋁熱反應的實驗。接下來就為大家介紹從準備到實施的步驟。

所需物品

三氧化二鐵：以試劑形式販售。
鋁粉：這次我們用鋁箔自己製作。
鎂帶：用作引燃導火線。
燒杯：用來承接反應產物。
三腳架、鐵絲網、夾具、三角漏斗：
報紙：用來鋪在桌上，並將其弄濕。
打火機：用來點燃鎂帶。
鐵砧與鐵鎚：用於敲打生成的鐵，確認其金屬光澤。
磁鐵：用來確認生成物是否為鐵。
防護用具：務必戴上護目鏡，並徹底做好防火措施。

實驗步驟

準備混合物:
- 首先，將三氧化二鐵粉末和鋁粉末以約3:1的質量比充分混合。 為了安全起見，我們經過多次嘗試，這次決定使用1.6克的三氧化二鐵和0.6克的鋁粉。
- 為了讓粉末均勻混合，務必使用研缽等工具仔細研磨。
- 鋁粉是我們將鋁箔打碎後，用研缽磨成粉末的。
將第一張濾紙弄濕，再疊上第二張
- 將混合好的粉末倒入濾紙中。
- 將其穩固地固定在三腳架和三角漏斗上。下方放置裝有水的燒杯，以確保生成物掉落時的安全。
安裝導火線:
- 在坩堝中央，將鎂帶作為導火線垂直插入。稍微留長一些，可以從安全的距離點燃。
點火！:
- 請再次確認周圍沒有易燃物。
- 務必戴上護目鏡，並讓學生從安全的距離觀察。
- 用酒精燈的火焰點燃鎂帶的頂端。鎂帶會非常明亮地燃燒，並將火苗引導到混合物上。
觀察反應:
- 鎂帶燃燒殆盡，火苗轉移到混合物上後，會發出「嘶—！」的劇烈聲響，同時產生像煙火一樣刺眼的光芒和大量的火花。 學生們肯定會發出「哇—！」的歡呼聲。
- 反應結束後，一個黑色的球狀物體會「砰」地一聲落到坩堝底部。這就是剛生成出來的鐵。它的形狀很特別，是圓形且中間有洞。這個洞或許是當初鎂帶所在的位置吧。
確認生成物:
- 充分冷卻後（非常燙，千萬不要觸摸！），將生成的黑色塊狀物從坩堝中取出。
- 將這個黑色塊狀物放在鐵砧上，用鐵鎚用力敲打。外層的氧化物剝落後，會露出帶有金屬光澤的銀色物質。
- 接下來，把磁鐵靠近這個銀色部分。你會發現它會「喀」的一聲緊緊吸住磁鐵。從這些特徵可以明確判斷，生成的物質就是鐵。