Question

某化學興趣小組的同學在學習了《鋁  金屬材料》一節后，產生了濃厚的實驗探究興趣，欲對鋁熱反應進行實驗探究。下面是他們活動的一則案例，請你幫助完成相關的內容，回答有關問題。
實驗目的
1.觀察鋁熱反應的現象，認識鋁的還原性及其應用。
2.提高設計實驗方案的能力及觀察問題、分析問題的能力，增強實驗探究意識。
實驗原理
鋁具有較強的還原性，在高溫下，能把沒有它活潑的金屬從其氧化物中還原出來。
金屬氧化物+鋁金屬+氧化鋁
還原性：鋁>金屬
儀器和藥品
蒸發皿、鐵架臺（帶鐵圈）、小試管、燒杯、藥匙、坩堝鉗、鑷子、剪刀、火柴、砂紙、濾紙、長鐵釘、砂子、三氧化二鐵、鋁粉、鎂條、氯酸鉀。
實驗預測
鋁是一種活潑金屬，可能與其他金屬的氧化物發生置換反應。
實驗操作
甲同學在如圖所示裝置中加入藥品（蒸發皿內盛有砂子）。

該同學引發鋁熱反應的實驗操作是__________________。
實驗現象
上述實驗觀察到的現象是_______________。
實驗結論
在高溫下，鋁與氧化鐵反應，放出大量的熱。反應的化學方程式為_______________。
提出問題
乙同學對該實驗進行了分析，發現存在幾點明顯不足：
1.因濾紙的遮擋、燃燒生成大量的煙和反應速率過快等而不易觀察清楚紅熱現象。
2.鐵珠四濺，容易發生事故。
實驗改進
實驗小組的同學積極思考，對實驗進行了改進，取得了良好的效果。其改進實驗如下：

如上圖所示連好裝置，加好藥品。其中蒸發皿中盛滿砂子（用水潤濕），在小試管內裝入1/3干燥的砂子。用鑷子向砂子中插入兩支去掉釘帽的鐵釘，將鐵釘約1/4部分留在砂子外并用鑷子將其靠緊。在砂子上面裝滿氧化鐵和鋁粉的混合物。在小試管上部放入少量氯酸鉀粉末，并在其中插入一根鎂條，點燃鎂條。反應完全后，用坩堝鉗夾住小試管的上端并將其敲斷，倒出砂子并取出已焊接在一起的兩支鐵釘。
觀察與思考
1.實驗中氯酸鉀和鎂條的作用是什么？
2.你認為改進后的實驗具有的優點是：_______________。
3.鋁熱反應有什么用途？

Answer 1

加少量KClO₃，插上鎂條并將其點燃;  “紙漏斗”內混合物立即劇烈反應，發出耀眼的光芒，產生大量的煙。“紙漏斗”被燒破，有紅熱狀態的液珠落入蒸發皿內的細砂上。液珠冷卻后變為黑色固體;  Fe₂O₃+2AlAl₂O₃+2Fe）;
1.實驗中氯酸鉀和鎂條的作用：鎂條引燃，氯酸鉀做氧化劑，且分解產生的氧氣助燃鎂條，使溫度升高，引發鋁熱反應。即氯酸鉀和鎂條做鋁熱反應的引發劑。
2.（1）現象明顯：由于試管透明，當反應開始后，容易觀察到以下現象：①整個紅熱過程以及鐵水生成和自上而下的熔化流動；②紅熱的鐵水將部分埋在鋁熱劑中的鐵釘焊接在一起。
（2）成功率高、安全性好：實驗過程中無鐵珠迸濺
3.鋁熱反應的用途：（1）焊接鋼軌；（2）冶煉活潑性比鋁弱的難熔金屬如釩、鉻、錳等；（3）定向爆破；（4）軍事等。］

【試題分析】