實 驗 二 鋁 的 回 收

普 通 化 學 實 驗 < 上 >
實 驗 二
鋁 的 回 收
一 、 目 的
回 收 廢 鋁 罐 , 再 製 成 明 礬 結 晶 ; 並 學 習 電 子 天 平 的 使 用 法 。
圖 2-1 使 用 電 子 天 平
圖 2-2 鋁 片 前 處 裡
圖 2-3 重 力 過 濾
圖 2-4 明 礬 結 晶
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二 、 原 理
A. 鋁 的 性 質 及 用 途
鋁 為 銀 白 色 金 屬 , 質 輕 而 堅 , 富 延 展 性 , 為 電 和 熱 的 良 導 體 , 其 導 電 度
僅 次 於 銀 、 銅 位 居 第 三 。 在 自 然 界 的 存 量 佔 所 有 元 素 存 量 的 第 三 位 , 無 游
離 物 產 生 , 主 要 形 成 鐵 礬 土 而 廣 存 於 地 殼 中 , 為 煉 鋁 的 主 要 原 料 。
鋁 在 乾 空 氣 中 不 易 氧 化 , 但 空 氣 濕 潤 時 表 面 會 生 成 一 層 緻 密 的 氧 化 鋁 薄
膜 , 可 保 護 內 部 不 再 繼 續 氧 化 。
2 Al (s) + 3/2 O 2(g) → Al 2 O 3(s) △H = -1676 KJ。
鋁 既 可 以 溶 於 酸 中 , 產 生 氫 氣 ,2 Al (s) + 6 H + (aq) → 2 Al 3+ (aq) + 3 H 2(g) , 又
可 和 鹼 作 用 放 出 氫 氣 ,2 Al (s) + 2 OH - (aq) + 6 H 2 O (l) → 2 [Al(OH) 4 ] - (aq) + 3
H 2 O (l) , 因 此 稱 為 兩 性 物 質 ( amphoteric substance )。
鋁 雖 不 似 鋼 鐵 般 堅 硬 , 但 因 其 質 輕 不 易 生 銹 , 且 為 電 和 熱 的 良 導 體 , 故
常 用 於 製 造 航 空 器 材 的 材 料 ; 家 庭 中 的 日 常 用 具 及 鋁 箔 包 裝 等 。
B. 回 收 鋁 罐 製 明 礬
本 實 驗 中 將 回 收 的 鋁 罐 以 砂 紙 磨 除 外 部 的 漆 及 內 面 塑 膠 膜 和 氧 化 鋁 薄
膜 。 利 用 強 鹼 氫 氧 化 鉀 ( potassium hydroxide ) 和 鋁 ( aluminum ) 作 用 , 產 生 四
−
氫 氧 化 鋁 錯 離 子 Al(OH) 4 ( tetrahydroxoaluminate(Ш) ion ) 和 氫 氣 , 反 應 式
為 :
2 Al (s) + 2 OH - −
(aq) + 6 H 2 O (l) → 2 Al(OH) 4 (aq) + 3H 2(g)
當 氫 氣 ( hydrogen gas,H 2 ) 不 再 產 生 時 , 加 入 硫 酸 ( sulfuric acid,H 2 SO 4(aq) )
溶 液 , 產 生 氫 氧 化 鋁 ( aluminum hydroxide,Al(OH) 3(s) ) 的 沉 澱 , 反 應 式 為 :
−
Al(OH) 4 (aq) + H + (aq) → Al(OH) 3(s) + H 2 O (l)
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繼 續 加 入 足 量 的 硫 酸 則 沉 澱 溶 解 形 成 鋁 離 子 ( aluminum ion,Al 3+ ) 水 溶
液 , 反 應 式 為 :
Al(OH) 3(s) + 3 H + (aq) → Al 3+ (aq) + 3 H 2 O (l)
2-
此 水 溶 液 中 含 有 鉀 離 子 、 硫 酸 根 離 子 ( sulfate ion,SO 4 ) 和 鋁 離 子 的 混
合 物 , 將 此 水 溶 液 冰 浴 或 以 緩 慢 結 晶 方 式 , 即 可 得 明 礬 ( alum,KAl(SO 4 ) 2 ‧12
H 2 O )。
K + (aq) + Al 3+ 2−
(aq) + 2 SO 4 (aq) + 12 H 2 O (l) → KAl(SO 4 ) 2 ‧12H 2 O ↓
C. 計 算 產 率
假 設 鋁 罐 的 鋁 材 為 純 鋁 , 則 製 成 明 礬 後 可 得 明 礬 的 理 論 產 量 ( theoretical
yield ) 如 下 式 :
W
( 鋁 片 重 ) 1莫 耳 明 礬 474.3克
明 礬 理 論 產 量 ( 克 ) =
× ×
27.0克 / 莫 耳 鋁 1莫 耳 鋁 1莫 耳 明 礬
明 礬 結 晶 物 重 量 ( 克 )
產 率 (%) =
× 100%
明 礬 理 論 產 量 ( 克 )
D. 明 礬 ( alum,KAl(SO 4 ) 2 ‧12 H 2 O )
明 礬 是 透 明 無 色 的 八 面 體 結 晶 , 受 熱 時 先 溶 解 於 其 自 身 所 含 的 結 晶 水
中 , 繼 續 加 熱 , 則 失 去 水 分 而 成 白 色 粉 末 , 稱 為 枯 礬 ( burnt alum ), 明 礬 的
用 途 為 淨 水 以 及 染 料 的 媒 染 劑 、 或 造 紙 、 製 皮 草 等 。
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三 、 藥 品 ( 藥 品 皆 已 配 製 , 直 接 取 藥 即 可 )
1. 4 M 氫 氧 化 鉀 (Potassium hydroxide, KOH (aq) ):22 克 溶 於 少 量 水 , 稀 釋 至
100 mL 體 積 量 瓶 標 線 , 取 15 mL。
2. 9 M 硫 酸 (Sulfuric acid, H 2 SO 4(aq) ):50 mL 濃 硫 酸 加 入 水 中 稀 釋 至 100 mL
體 積 量 瓶 標 線 , 取 8 mL。
四 、 器 材
A. 抽 屜 拿 出 :
1. 燒 杯 :50 mL × 2
2. 玻 璃 漏 斗
3. 玻 棒
B. 助 教 發 配 , 實 驗 後 歸 還 :
1. 剪 刀
C. 其 他 器 材 :
1. 空 鋁 罐
2. 電 子 天 平
3. 活 性 碳 口 罩
4. 水 砂 紙
5. 濾 紙
6. 鋁 箔 紙
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五 、 步 驟
1. 裁 剪 鋁 罐 片 約 3 cm × 3 cm。
2. 實 驗 桌 上 墊 條 抹 布 , 以 水 砂 紙 磨 除 鋁 罐 片 外 部 的 漆 及 內 部 的 塑 膠 膜 和 氧
化 層 。( 仔 細 有 耐 性 的 磨 !)
3. 用 剪 刀 將 鋁 罐 片 剪 成 碎 片 ( 越 細 小 待 會 反 應 越 快 ), 以 秤 量 紙 精 秤 0.3 克 ,
記 錄 至 0.0001 g, 放 入 50 mL 燒 杯 中 。
4. 以 量 筒 取 4 M KOH (aq) 15 mL, 戴 上 口 罩 , 將 KOH (aq) 倒 入 裝 有 碎 鋁 片 的
燒 杯 中 , 開 始 反 應 。( 注 意 ! 會 產 生 嗆 鼻 的 H 2(g) )。
5. 以 玻 棒 攪 拌 , 持 續 反 應 至 氫 氣 不 再 產 生 ( 約 半 小 時 )。
6. 重 力 過 濾 裝 置 :
(1) 取 一 張 濾 紙 對 折 兩 次 後 , 撕 去 一 邊 的 邊 角 , 攤 開 鋪 於 玻 璃 漏 斗 內 。
(2) 將 漏 斗 以 鐵 環 鐵 架 支 撐 , 置 於 50 mL 的 燒 杯 上 。
(3) 用 去 離 子 水 濕 潤 濾 紙 , 排 除 空 氣 , 使 緊 貼 於 漏 斗 壁 。
7. 過 濾 後 取 得 濾 液 。
8. 以 量 筒 取 9 M H 2 SO 4(aq) 8 mL, 慢 慢 倒 入 濾 液 中 , 此 時 產 生 白 色 沉 澱 。
9. 微 微 加 熱 約 五 分 鐘 且 攪 拌 之 , 使 變 成 澄 清 透 明 溶 液 。
10. 待 燒 杯 冷 卻 後 , 放 入 冰 水 浴 中 , 觀 察 並 記 錄 晶 形 及 大 小 。
11. 取 出 裝 有 結 晶 物 的 燒 杯 , 以 抹 布 拭 乾 , 置 於 加 熱 板 上 加 熱 使 結 晶 溶 解 ,
並 加 熱 使 水 分 蒸 發 , 溶 液 保 留 原 來 的 四 分 之 三 。
12. 蓋 上 鋁 箔 紙 , 將 燒 杯 置 於 個 人 器 材 抽 屜 中 , 勿 擾 動 , 以 養 出 較 大 且 透 明
的 結 晶 。
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< 以 下 步 驟 下 週 進 行 >
13. 架 設 好 重 力 過 濾 裝 置 。
14. 觀 察 結 晶 並 記 錄 晶 形 及 大 小 。
15. 以 重 力 過 濾 過 濾 結 晶 。
16. 取 另 一 張 乾 燥 的 濾 紙 秤 重 , 記 錄 重 量 至 0.0001 g。
17. 將 晶 體 以 鑷 子 或 刮 勺 移 到 乾 燥 的 濾 紙 上 。
18. 將 濾 紙 連 同 結 晶 物 秤 重 , 至 0.0001 g, 扣 除 濾 紙 重 即 為 結 晶 物 重 , 計 算
理 論 產 量 與 產 率 。
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六 、 數 據 與 結 果 ..
鋁 碎 片 重
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴ 克
加 入 4 M KOH (aq) 之 變 化 情 形
加 入 9 M H 2 SO 4(aq) 之 變 化 情
形
濾 紙 重
濾 紙 + 鋁 明 礬 總 重
鋁 明 礬 重
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴ 克
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴ 克
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴ 克
( 算 式 )
理 論 產 量
=
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴
╴ =╴╴╴╴╴╴╴╴ 克
( 算 式 )
產 率 %
=
╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴╴
=╴╴╴╴╴╴╴ %
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七 、 問 題 與 討 論 ..
1.
(a) 何 謂 兩 性 物 質 ( amphoteric substance )?
(b) 以 方 程 式 說 明 氫 氧 化 鋁 ( Al(OH) 3 ) 為 一 兩 性 物 質 。
(c) 敘 述 氫 氧 化 鋁 的 應 用 。
2.
(a) 快 速 冰 水 浴 結 晶 與 靜 置 慢 慢 養 晶 , 晶 體 有 何 不 同 ?
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(b) 慢 速 養 晶 時 , 如 何 能 得 到 單 一 較 大 的 結 晶 ?
(c) 室 溫 下 慢 速 養 晶 , 如 果 無 法 成 功 , 該 如 何 處 理 ?
3.
(a) 加 入 氫 氧 化 鉀 後 , 所 產 生 的 氣 體 為 何 ? 吸 到 此 氣 體 的 感 覺 ?
(b) 此 氣 體 的 性 質 及 功 用 ?
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4. 本 實 驗 產 率 低 於 100% 的 可 能 原 因 為 何 ?
八 、 實 驗 心 得 與 討 論 ..
誤 差 討 論 ..
心 得 ..
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