不同形狀鋁的氧化狀態(tài)

第第#頁不同形狀鋁的氧化狀態(tài)鋁是一種相當(dāng)活潑的金屬,它的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1?662V。它與氧反應(yīng)生成氧化鋁的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成自由焓的負值很大（-1582kJ?mol-1）,因此鋁與氧反應(yīng)的自發(fā)性程度很大［1］。但鋁與氧反應(yīng)的現(xiàn)象依鋁所呈現(xiàn)的狀態(tài)或所處反應(yīng)條件不同而有所不同,歸納起來有5種情況。鋁片在空氣中迅速氧化鋁片一接觸空氣,表面立即氧化(4AI+30(4AI+302A1203）生成一層致密且透明的氧化膜（Al2O3）,鋁片的銀白色外觀無明顯變化,此氧化膜可阻止內(nèi)層鋁進一步被氧化。這就是人們看到的鋁在空氣中相當(dāng)穩(wěn)定,且不溶于水和酸（除鹽酸）也不與鹽溶液反應(yīng)的原因。但該氧化膜可與強堿反應(yīng),將鋁箔置于NaOH溶液中,先是表面氧化膜溶解,隨后表面產(chǎn)生大量氣泡,該過程中的反應(yīng)有：AI203+20H--+H202AI+20H-2AI02+2H202AI0-2+3H2T。鋁片（鋁箔在空氣中用酒精燈加熱也不能燃燒。鋁箔在氧氣中燃燒將表面氧化膜擦掉的鋁箔在氧氣中點燃時可燃燒,放出大量的熱和產(chǎn)生耀眼的白光,生成白色固體氧化鋁,其反應(yīng)為：4AI（鋁箔）+302（純點燃2AI203。此反應(yīng)說明氧氣濃度不同,鋁箔反應(yīng)時所呈現(xiàn)的現(xiàn)象不同,其原因是：在相同條件下純氧中氧氣濃度約為空氣中氧氣濃度的5倍,故其由此說明鋁的組成成分不同在空氣中氧化時的現(xiàn)象不同。其原因是:鋁汞齊中汞向鋁片里滲透過反應(yīng)速率加快,反應(yīng)過程劇烈,放出大量的熱和產(chǎn)生耀眼的白光。鋁粉在空氣中燃燒將鋁粉托在紙片上,用一根較長的玻璃管吹氣,使鋁粉漂落在酒精燈火焰上點燃（圖1）,鋁粉迅速燃燒,放出大量的熱和產(chǎn)生耀眼的白色火星。其反應(yīng)為：4AI（粉）+302（空氣）點燃2AI2O3。此反應(yīng)說明了鋁的狀態(tài)（片狀與粉末）不同，在空氣中反應(yīng)時表現(xiàn)出的現(xiàn)象不同。其原因是：在相同條件下,同質(zhì)量鋁粉的反應(yīng)表面積是鋁片的數(shù)十萬倍，由于鋁粉表面積大，其性質(zhì)變活潑，反應(yīng)速率加快，反應(yīng)過程劇烈。鋁汞齊在空氣中可持續(xù)氧化用砂紙擦去鋁片表面氧化膜（或?qū)X片置于強堿溶液中至表面產(chǎn)生大量氣泡后取出，立即用大量蒸餾水沖洗后）置于汞鹽［Hg（N03）2］溶液中,反應(yīng)一會兒后取出，用濾紙吸去其表面水沫，置換出來的汞在鋁片表面形成鋁汞齊（合金），鋁汞齊與空氣接觸,鋁片表面長出大量蓬松的氧化鋁［1］（圖2）。程中形成了微小的孔道,氧氣分子隨之進入并與孔道創(chuàng)面上的鋁迅速反應(yīng),生成的氧化鋁體積膨脹,向孔道外延伸,長出“白毛”。鋁在加熱條件下可奪取某些氧化物中的氧鋁的親氧性很強,這是因其AI2O3的生成焓很高［△fH298（A1203）二T676J/m°I］,比一般金屬氧化物

(Fe2O3、Cr2O3等)及SiO2、B2O3等物質(zhì)的生成焓大得多[△fH298(Cr203)=-1140kJ/mo1AfH298(Fe203)=AfH298(Fe203)=-824kJ?mo1、△fH298(Si02)二-911kJ/mol],鋁不僅可以奪取這些化合物中的氧,且反應(yīng)時還放出大量的熱,故反應(yīng)只需引燃不必給反應(yīng)體系供熱。如鋁粉與Fe203粉末混合，用鎂帶引燃,即可發(fā)生劇烈反應(yīng)[2AI(s)+3/202(g)點燃2A1203(s)?△fH298二T676kJ/mol],放出的熱使體系溫度高達3273K以上，可使生成的鐵熔化[1],是此該反應(yīng)可用于鋼材類金屬的焊接(曾用于鐵軌的焊接)。利用鋁的親氧性,工業(yè)上用鋁來冶煉高熔點金屬，如點燃:Cr203+2AI2Cr+AI203;或用鋁作為煉鋼時的脫氧劑，高溫如高溫高溫:2AI+3FeOA1203+3Fe；4AI+3Si022AI203+3Si。鋁粉的爆炸反應(yīng)涉及鋁粉的爆炸事故時有發(fā)生，引起爆炸的直接原因多為明火，也有自燃的，從具體爆炸事故的化學(xué)原理上看可分為3類:空氣中鋁粉達到爆炸極限時遇明火點燃爆炸鋁粉在空氣中的爆炸極限為25g/m3(爆炸最強點為$396g/m3)，空氣中鋁粉濃度達到爆炸極限時，遇到明火立即爆炸。這種爆炸的破壞性極大，因人們沒有防護，且建筑物同時倒塌，造成巨大的人員傷亡及財產(chǎn)損失。2009年3月11日，承建滬寧城際鐵路的某公司,在江蘇丹陽市呂城鎮(zhèn)惠濟村為勞務(wù)人員租用一棟民房,房內(nèi)還剩有部分袋裝鋁粉和鐵紅,地面和墻壁上撒落有大量鋁粉和鐵紅（鋁粉和鐵紅是用來焊接金屬的）。午后準(zhǔn)備入住的勞務(wù)人員清掃房屋,清掃過程中由于搬動粉袋以及打掃地面和墻壁上殘留的鋁粉和鐵紅,致使大量粉塵漂浮于空氣中,其間有人點火抽煙,引爆了空氣中鋁粉,由于有鐵紅氧化劑的存在,爆炸更加劇烈,頃刻房屋坍塌,造成了11人死亡,20人受傷的特大爆炸事故［2］。鋁粉引燃后用水滅火引起爆炸2019年12月17日,揚州江都發(fā)生一起由鋁粉燃燒引起的爆炸事故。起因是:電焊工在給倉庫窗戶加固鋼筋時,電焊火花濺落在倉庫里堆放的鋁粉袋上引起了鋁粉的燃燒,火勢逐漸蔓延,越來越大,現(xiàn)場人員不假思索地打來水滅火,當(dāng)水潑在燃燒的鋁粉上時,瞬間火花四濺,引起爆炸,隨著水的潑入,連環(huán)爆炸一浪高過一浪,爆炸產(chǎn)生的氣浪把滅火人員推倒,并沒入火海之中,企業(yè)老板、億萬富翁也葬身于火海。本來是一場小火,由于無知（用水滅火）釀成重大火災(zāi)［2］。鋁粉燃燒時為什么不能潑水滅火呢?原因有2個:①當(dāng)水潑在鋁粉上時，水變成一個個小水珠，鋁粉聚集其表面,或者濺起,或者四溢,加快了鋁粉的散落,增大了鋁粉燃燒的表面積,使火勢迅速蔓延加大。可燃性粉狀物質(zhì)失火不同于木材等塊狀被燃物,向塊狀被燃物表面潑水,水落在被燃物上,其表面高溫使水氣化形成高密度水蒸氣可阻止空氣（氧氣）與之接觸,使被燃物窒熄;同時水在氣化過程中吸熱可降低被燃物的溫度,直至著火點以下使之熄滅。②在高溫下鋁粉與水蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生氫氣-2AI+3H20（g）高溫A1203+3H2,氫氣生成后被引燃爆炸，加劇了鋁粉的擴散，致使火勢迅速蔓延和引發(fā)連環(huán)爆炸。因此,鋁粉著火切忌用常規(guī)方法滅火,既不能用水滅火,也不能用干冰滅火器、泡沫滅火器、有壓力的干粉等滅火器來滅火。否則產(chǎn)生的氣流吹動鋁粉加劇其擴散,引起更劇烈的爆炸反應(yīng),造成更大的危害。鋁粉（或其它可燃性粉狀物）著火后只可用干石灰石粉或無壓力的干粉滅火器來滅火[2]。鋁粉存放在潮濕環(huán)境可能爆炸擦去表面氧化膜的鋁片置于水中看不到有明顯的置換反應(yīng)現(xiàn)象,用鋁錠加工成形的鋁制品在空氣中表面雖然迅速被氧化,但不會出現(xiàn)安全性問題,由此說明塊狀（或片狀）鋁的存放對環(huán)境沒有特殊要求。然而,鋁粉的性質(zhì)則不同,因其表面積大,性質(zhì)變得活潑,著火點降低,通常情況下鋁粉在潮濕的空氣里可與水蒸氣發(fā)生置換反應(yīng)。因此,鋁粉不能存放在潮濕不通風(fēng)的環(huán)境中,否則大量水蒸氣與鋁粉反應(yīng)產(chǎn)生氫氣并放熱,當(dāng)鋁粉與水蒸氣反應(yīng)積熱不散時,溫度升高到鋁粉著火點,鋁粉自燃并引爆氫氣（爆炸極限4%~