“毛刷实验”

     聂柯湘

实验步骤

1、取一根长约20 cm、粗约2 cm的铝导线，手持上端，将下端浸入盛在试管里的热氢氧化钠溶液中(浓度为6 mol/L)，至反应出现大量气泡后取出，以除去铝表面的氧化膜。

2、用水冲洗后再将这一端浸入0.1 mol/L的硝酸汞溶液中1 min~2 min，取出后立即用水冲洗并用滤纸吸干表面的水。

3、将此铝条静置在玻璃片上，观察现象。可以看到铝条表面很快生成白色绒毛状物质(氧化铝)并在一段时间内增长呈毛刷状。

实验原理

铝是一种较活泼的金属，接触空气的表面容易被空气中的氧气氧化生成一层致密的极薄的氧化铝层。保护内部的金属铝不会继续被氧化。毛刷试验中，在铝的表面涂上硝酸汞溶液以后，与铝发生置换反应，生成了液态金属--汞，同时铝置换出的汞形成原电池，加快了铝失电子的速率。

生成的汞在常温下就可以与铝结合生成铝汞合金，这合金的名称在俗称中被称作"铝汞齐"。从溶液中取出铝后，铝表面生成铝汞齐使铝失去氧化铝保护膜的保护作用，很快被空气中的氧气氧化变成了白色固体氧化铝，而铝汞齐表面的铝因氧化而减少时，铝箔上的铝便会不断溶解进入铝汞齐，并继续不断地在表面被氧化成白色的氧化铝，使白色氧化铝在铝表面越积越高。最终形成一层白毛。

反应方程式

2Al+3Hg(NO₃)₂=2Al(NO₃)₃+3Hg

4Al+3O₂=2Al₂O₃

   毛刷实验的启示—置换反应总结

毛刷实验中涉及两类反应，一是置换反应，一是氧化反应，我们不妨来细数高中中的置换反应，看看你能知几种：

一、金属置换金属

  如：活波金属置换不活波金属，铝热反应等

实例：（1）铁与硫酸铜：     Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu

（2）三氧化二铁和铝： 2Al+Fe₂O₃=Al₂O₃+2Fe（高温）

二、金属置换非金属

如：活波金属与酸或与水的反应，一些特殊反应等

实例：（1）、锌与稀硫酸：   Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑

（2）、钠和水的反应：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑

（4）、铁和水蒸气：  3Fe+4H₂o(g) =Fe₃o₄+4H_{2 （高温）}

（5）、镁与二氧化碳：2Mg+CO₂=2MgO+C（点燃）

三、非金属置换金属

如：焦炭、氢气还原金属

实例：（1）、氢气还原氧化铜：     H₂+CuO=Cu+H₂O（加热）

（2）、碳和氧化铁高温反应：2Fe₂O₃+3C==3CO₂+4Fe（高温）

四、非金属置换非金属

如：卤素单质间的置换反应，一些特殊反应等

实例：（1）、氟单质和水：       2F₂+2H₂O=4HF+O₂

（2）、氯气和溴化钠：     Cl₂+2NaBr=Br₂+2NaCl 

（4）、碳和水蒸气的反应：  C+H₂O(g)=CO+H_{2（高温）}

（5）、焦炭还原二氧化硅：SiO₂+2C=Si+2C0↑（高温）