铝热反应 百科内容来自于: 百度百科

铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。 可简单认为是铝与某些金属氧化物(如三氧化二铁、三氧化二铬、氧化铜、二氧化锰等)在高热条件下发生的反应。铝热反应常用于冶炼高熔点的金属,并且它是一个放热反应其中镁条为引燃剂,氯酸钾为助燃剂。镁条在空气中可以燃烧,氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时,氯酸钾则是氧化剂,以保证镁条的继续燃烧,同时放出足够的热量引发金属氧化物和铝粉的反应。

实验原理

铝热反应的原理,是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应,体现出了铝的强还原性。由于氧化铝生成焓(-1645kJ/mol)极低,故反应会放出巨大的热,甚至可以使生成的金属以熔融态出现。另一方面,反应放出大量热使铝熔化,反应在液相中进行使反应速率极快,短时间放出极大量的热。铝热反应的剧烈程度,由金属离子氧化性所决定。据估计,500克铝热剂(成分是氧化铁和铝)会在30秒内燃烧殆尽。
实验反应化学方程式:
氧化铁:2Al+Fe2O3==高温==2Fe+Al2O3
四氧化三铁:8Al+3Fe3O4==高温==9Fe+4Al2O3
二氧化锰:4Al+3MnO2==高温==3Mn+2Al2O3
五氧化二钒:10Al+3V2O5==高温==6V+5Al2O3
氧化铬:2Al+Cr2O3==高温==2Cr+Al2O3
(铝热反应配平技巧:取反应物生成物氧化物中两边氧的最小公倍数,即可快速配平,如铝热法中,可取Fe₃O₄和Al₂O₃中氧的最小公倍数12,则Fe₃O₄前应为3,Al₂O₃前应为4,底下便可得到Al为8,Fe为9)

实验操作

1.将氧化铁和铝粉按照体积比3:2混合均匀制成铝热剂,装入容器内
 2.取少量氯酸钾充分研碎,撒到铝热剂顶部
 3.取一根10cm左右的镁条,用砂纸打磨干净,插入铝热剂顶部
 4.引燃镁条,戴好墨镜,以防闪光伤眼。
 5.在铝热剂下放一些废铁,可以被铝热剂燃烧时产生大量的热量熔化,变成炙热、亮黄色的铁水,非常壮观。注意安全。
 实验现象:镁条剧烈燃烧,放出大量热能,使氧化铁粉末和铝粉在高温下发生剧烈的氧化还原反应。最终生成液态的铁和氧化铝。
 

注意事项

1.铝热反应有一定的危险性,不允许在家里或房间里做该实验,否则容易造成高度化学烫伤及严重化学爆炸等事故。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,镁条必须打磨光亮或酸洗以除掉氧化膜,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。不能在承接容器中加水,否则金属会与水反应生成氢气发生爆炸或者使水迅速沸腾导致液态金属飞溅。切忌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,否则会引起气体剧烈膨胀引起物理爆炸以及铝粉与氯酸钾剧烈反应产生化学爆炸,在点燃反应物之前,先撤离周围人员,并保持一段距离(十五米以上)。
在点燃镁带时,可使用防风打火机,喷火枪或酒精灯。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,这时不要继续加热,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℃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,切不可用水浇灭,要等其自然冷却。
进行反应时,容易生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。

应用

1、冶炼难熔的金属
2、焊接钢轨等大截面钢材部件
3、军事上可以制作铝热弹等强杀伤性的武器,还可以用作破坏敌军器材
4、传统的烟火剂

安全提示

1.在冰块上进行铝热反应会发生爆炸
不可用水承接,应铺沙子!
原因:铝热反应的高温熔融物会与水反应生成氢气,同时氢气会被熔融物点燃发生爆炸。(熔融物会被炸得乱飞,十分危险!)
2.铝热反应时有时生成的液态金属会喷溅而出,这主要是因为反应物粉末间有空隙,其中的空气在反应中2000多度的高温下剧烈膨胀,吹出反应中生成的液态金属。又因为加氯酸钾后氯酸钾分解产生大量氧气氧化镁条,这些氧气在膨胀的同时又提高了反应中生成的液态金属的温度,非常危险。 所以严禁在铝热中混合大量氧化剂,也请勿加入会分解产生大量气体的药品!
3.经过实验证明,铝热剂如果成分按比例正确混合均匀(可根据方程式计算:Al:Fe₂O₃=1:3(质量比),体积比约为Al:Fe₂O₃=2:1,依照体积配比需要注意铝粉与氧化铁粉的蓬松程度,建议依照质量来配比,以保证比例的准确性。),不需加氯酸钾氧化也可触发此反应,此时反应相当温和,甚至不会出现强光(镁与氯酸钾反应所致),大大提高反应安全性。
4.配置好的铝热剂在储存时,不应压实。由于压实后,即便是室温,铝热剂也会自发反应(发热),可能导致自我点燃,造成事故,故不应压实。

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
被用于制作穿甲弹可以熔穿装甲。
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,或者是非金属硼、硅,而金属氧化物可以是三氧化二铬、二氧化锰、氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜四氧化三铅或者是非金属氧化物二氧化硅、三氧化二硼等。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。(注:铝-氧化铜的混合物点燃后会发生剧烈爆炸!)
铝热反应原理可以应用在生产上,例如焊接钢轨、冶炼难熔金属、制作传统的烟火剂等。用某些金属氧化物(如V2O5、Cr2O3、MnO2等)代替氧化铁,也可以做铝热剂。当铝粉跟这些金属氧化物反应时,产生足够的热量,使被还原的金属在较高温度下呈熔融状态,跟形成的熔渣分离开来,从而获得较纯的金属*。在工业上常用这种方法冶炼难熔的金属,如等。
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- 来自原声例句
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