不同形狀鋁的氧化狀態(tài)

1、不同形狀鋁的氧化狀態(tài)鋁是一種相當活潑的金屬,它的標準電極電位為-1.662V。它與氧反響生成氧化鋁的標準摩爾生成自由焓的負值很大(-1582kJ?mol-1),因此鋁與氧反響的自發(fā)性程度很大1。但鋁與氧反響的現(xiàn)象依鋁所呈現(xiàn)的狀態(tài)或所處反響條件不同而有所不同,歸納起來有5種情況。1鋁片在空氣中迅速氧化鋁片一接觸空氣,外表立即氧化(4Al+3O2Al2O3),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穩(wěn)定,且不溶于水和酸(除鹽酸)也不與鹽溶液反響的原因。但該氧化膜可與強堿反響,將鋁箔置于NaOH溶液中,先是

2、外表氧化膜溶解,隨后外表產(chǎn)生大量氣泡,該過程中的反響有:Al2O3+2OH-2AlO2-+H2O2Al+2OH-+2H2O2AlO-2+3H2。鋁片(鋁箔在空氣中用酒精燈加熱也不能燃燒。2鋁箔在氧氣中燃燒將外表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,其反響為:4Al(鋁箔)+3O2(純點燃2Al2O3。此反響說明氧氣濃度不同,鋁箔反響時所呈現(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響速率加快,反響過程劇烈,放出大量的熱和產(chǎn)生

3、耀眼的白光。3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。其反響為:4Al(粉)+3O2(空氣)點燃2Al2O3。此反響說明了鋁的狀態(tài)(片狀與粉末)不同,在空氣中反響時表現(xiàn)出的現(xiàn)象不同。其原因是:在相同條件下,同質(zhì)量鋁粉的反響外表積是鋁片的數(shù)十萬倍,由于鋁粉外表積大,其性質(zhì)變活潑,反響速率加快,反響過程劇烈。4鋁汞齊在空氣中可持續(xù)氧化用砂紙擦去鋁片外表氧化膜(或?qū)X片置于強堿溶液中至外表產(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(NO3)2溶液中,反響一會兒后取出,用濾紙吸去其外表

4、水沫,置換出來的汞在鋁片外表形成鋁汞齊(合金),鋁汞齊與空氣接觸,鋁片外表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)面上的鋁迅速反響,生成的氧化鋁體積膨脹,向孔道外延伸,長出“白毛。5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Al2O3的生成焓很高fH298(Al2O3)=-1676kJ/mol,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(Cr2O3)=-1140kJ/mol、fH298(Fe2O3)=-824kJ?mol、fH298(SiO2)=-911kJ/mol,鋁不僅可以奪取這些

5、化合物中的氧,且反響時還放出大量的熱,故反響只需引燃不必給反響體系供熱。如鋁粉與Fe2O3粉末混合,用鎂帶引燃,即可發(fā)生劇烈反響2Al(s)+3/2O2(g)點燃2Al2O3(s);fH298=-1676kJ/mol,放出的熱使體系溫度高達3273K以上,可使生成的鐵熔化1,是此該反響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:Cr2O3+2Al點燃2Cr+Al2O3;或用鋁作為煉鋼時的脫氧劑,如:2Al+3FeO高溫Al2O3+3Fe;4Al+3SiO2高溫2Al2O3+3Si。6鋁粉的爆炸反響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

6、明火,也有自燃的,從具體爆炸事故的化學原理上看可分為3類:6.1空氣中鋁粉到達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),空氣中鋁粉濃度到達爆炸極限時,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)惠濟村為勞務人員租用一棟民房,房內(nèi)還剩有局部袋裝鋁粉和鐵紅,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)。午后準備入住的勞務人員清掃房屋,清掃過程中由于搬動粉袋以及清掃地面和墻壁上殘留的鋁粉和鐵紅,致使大量粉塵漂

7、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。6.2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2

8、。鋁粉燃燒時為什么不能潑水滅火呢?原因有2個:當水潑在鋁粉上時,水變成一個個小水珠,鋁粉聚集其外表,或者濺起,或者四溢,加快了鋁粉的散落,增大了鋁粉燃燒的外表積,使火勢迅速蔓延加大?？扇夹苑蹱钗镔|(zhì)失火不同于木材等塊狀被燃物,向塊狀被燃物外表潑水,水落在被燃物上,其外表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。在高溫下鋁粉與水蒸汽反響產(chǎn)生氫氣:2Al+3H2O(g)高溫Al2O3+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

9、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。否那么產(chǎn)生的氣流吹動鋁粉加劇其擴散,引起更劇烈的爆炸反響,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。6.3鋁粉存放在潮濕環(huán)境可能爆炸擦去外表氧化膜的鋁片置于水中看不到有明顯的置換反響現(xiàn)象,用鋁錠加工成形的鋁制品在空氣中外表雖然迅速被氧化,但不會出現(xiàn)平安性問題,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)那么不同,因其外表積大,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)生置換反響。因此,鋁粉不能存放在潮濕不通風的環(huán)境中,否那么大量水蒸氣與鋁粉反響產(chǎn)生氫氣并放熱,當鋁粉與水蒸氣反響積熱不散時,溫度升高到鋁粉著火點,鋁粉自燃并引爆氫氣(爆炸極限4%74.2%),