为什么铝遇浓硝酸的钝化反应不能混入氯化物
时间：2020-12-01 22:04:13 来源：达达文档网 本文已影响 人 
左艳
摘 要：在学习浓硝酸性质的过程中，铝遇浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化，常常在教学中要提示学生，在钝化实验中不能混进氯化物。会发生氯离子效应。那么，在浓硝酸溶液中如果加入了氯化钠后，溶液会显现黄色。针对浓硝酸遇氯化钠后溶液会变黄的异常现象本人进行了分析和研究，经过做过若干个实验后得出了，在一定条件下浓硝酸能氧化氯离子的实验结论和若干教学启示。
关键词：浓硝酸 溶液变黄 氯化钠 氯化亚硝酰
一、问题的提出
在常温下，铝遇浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化，从而阻止内部金属继续发生化学反应，而NaCL等一些可溶性的盐溶液，由于氯离子浓度高，数量多，离子体积小，能穿过金属表面氧化膜（或称钝化膜）取代其中的氧原子，使具有保护作用的氧化膜变成可溶性的氯化物，活化金属表面，促进金属在电解质溶液中持续氧化，既通常所说的氯离子效应。所以常常在教学中要提示学生，在钝化实验中不能混进氯化物。
由于十分强调钝化实验中不能混进氯化物，有的学生就反而对此有了疑问，便提出过这样的问题，铝遇浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化，那么如果向此溶液中再加入NaCL溶液会发生什么现象哪？这是一个新的问题。以前，我们往往在教学中向学生提出此问题的注意而没有真正的去探究一下真的去做一下会出现什么现象，忽略了对此问题的探究。针对这个问题，我们马上做了如下的实验，用实验来探索一下这个问题。
二、实验过程
1.室温下，取一小片铝，放入试管中，加入3毫升的浓硝酸，铝片表面无明显变化，溶液为无色（钝化）；
继续加0.5毫升的饱和氯化钠溶液，震荡静止，溶液中出现许多细小气泡，溶液颜色变为黄色，铝片表面也逐渐附有少量气泡，试管口有明显的刺激性气味并可使湿润的KI淀粉试剂变蓝（检验Cl2存在），溶液久置后最终加深为橙色。取上层橙色清液，加热煮沸至溶液无色后冷却，用氨水调至PH值为4～5，再加几滴铝试剂（金黄色素三羟酸铵）溶液显粉红色。若继续加氨水至碱性后加热，可看到有少量红色絮状沉淀生成（红色是色素的颜色，为了现象明显）。说明原反应后的溶液中存在AL3+，但离子浓度较低。
为确定实验1硝酸溶液颜色改变是由于在CL-作用下铝片与硝酸反应生成的NO2溶解其中，或是浓硝酸遇到饱和氯化钠溶液后其他因素可能导致的结果，我们补充了实验2作为对照。
2.用试管取3ML浓硝酸，溶液无色，加0.5ML饱和氯化钠溶液，震荡静止，溶液中出现许多细小气泡，并逐渐显浅黄色，久置后为橙红色；
试管口有明显的刺激性气味，用湿润的KI试纸接近试管口即刻变蓝。
从实验1中不难发现，铝片遇浓硝酸钝化后再加氯化钠溶液，溶液中AL3+浓度不高，即CL-对铝表面的钝化膜的破坏作用不强。对照实验2我们认为实验1中溶液变黄的主要原因是浓硝酸与加入的氯化钠发生了反应。
3.取A、B、C、D、四只小试管各取2ML浓硝酸，然后向四只试管中分别滴加2滴浓盐酸、浓硫酸、饱和硫酸钠溶液和蒸馏水。震荡静止。最后发现，只有试管A中溶液变为黄色，其他三只试管中溶液颜色无明显变化。
因此，可以确定的是，Na+对浓硝酸的变黄没有影响，CL-的加入是混合溶液变黄的根本原因。那么，难道是CL-对浓硝酸的分解有催化作用吗？众所周知，催化剂能改变化学反应速率，但反应前后的质量和化学性质是保持不变的。基于这样的考量，我们又设计了实验4继续探究。
4.取A、B、两只试管分别加入2ML实验2产生的橙红色溶液。向A中滴加几滴硝酸银溶液，出现白色沉淀，溶液颜色略变浅。将试管B放在70度左右的水中进行水浴加热，开始时试管上方的气体变为红棕色又逐渐褪去，溶液的橙红色逐渐变浅，持续加热一段时间后溶液最终变为无色。静止冷却，若再向该溶液中滴加硝酸银溶液，并无白色沉淀生成。
通过水浴加热，橙红色溶液完全褪色，且无法检测出CL-的存在，那是否是在酸性条件下CL-以HCL形式挥发完全了那？通过下面的实验来验证一下推论：取一只试管加入2ML0.1MOL/L的稀盐酸，放在80℃水浴中加入热，即使持续加热4个小时，当滴加硝酸银溶液时还是能看见有白色沉淀生成，说明仍然有CL-存在。可见，水浴加热溶液后CL-消失的主要原因不应归结为氯化氢的挥发。因此，浓硝酸与氯化钠溶液变黄的原因也不应当是CL-催化分解硝酸的原因。
5.室温（11.3℃）下，取一只分流试管。在分流管上连接一个注射器，在管和注射器之间放上一个止水夹，用一个胶塞将试管口密封，安装完仪器后，先检查仪器的气密性，再向试管中加入1g氯化钠晶体及3ML浓硝酸。打开止水夹，一段时间后注射器内即可收集到黄色气体。若在注射器内与先放一张湿润的红纸。红纸很快褪色（Cl2的漂白性）。若取下注射器，吸取适量蒸馏水并震荡，气体颜色褪去，吸入氯气又变成浅黄色；
推出注射器内液体，滴加石蕊试剂会变红，滴加硝酸银溶液会出现大量白色沉淀。
三、结论
综上实验，我们有理由相信，浓硝酸会与CL-发生氧化还原反应。实验5对气体生成实验的检验也证实了产物中有Cl2等的存在。所以，在进行钝化实验的过程中不能混入可溶性氯化物。探究到此，关于浓硝酸遇氯化钠时出现的现象的起因似乎已有定论，但学生们还意犹未尽，对这一结论仍心存疑虑，提出：既然浓硝酸能将CL-氧化成Cl2，为什么还要用浓硝酸与浓盐酸混合来配制王水呢？
查阅文献时，记载着这样一段话“浓硝酸与浓盐酸按1：3体积比混合的溶液叫王水，王水能溶解不能与硝酸作用的金属，如，Au、Pt等，Au、Pt等能与王水作用，不仅是因为王水中有HNO3，而且还有Cl2、NOCl（氯化亚硝酰）等强氧化剂HNO3+3HCl= Cl2↑+ NOCl+2H2O…”
在资料中还查阅到，NOCl（氯化亚硝酰）是一种橙黄色气体或深红色液体，沸点-5.5℃，受热易分解，遇水反应生成亚硝酸、硝酸、一氧化氮和H Cl。
值得一提的是，本人在完成上述的实验后配置了少量王水，加深了学生对王水的认识。值得提醒的是配制时不要在室内（切记勿在教室），要在通风橱中进行。向盛有9ML浓盐酸的小烧杯中边用玻璃棒搅拌边缓慢滴加3ML的浓硝酸，烧杯壁微热并会不停的冒出黄色刺激性气味的气体，让人实在难以忍受。静止，王水颜色还会逐渐加深为橙红色。它极不稳定，极易分解。因此，使用时应现用现配不可久存。
参考文献
[1]北京大学.华中师范大学.南京师范大学无机化学教研室编无机化学第四版（下）高等教育出版社2003.
[2]马世昌.化学物质 .陕西科学技术出版社2002.
[3]尹敬执.申拌文.基础无机化学（下）.人民教育出版社.
