湖南省株洲市北京师范大学附属学校G0909田鸣秋指导老师：袁觉2019年青藏铁路的全线通车，开启了我国铁路业新的纪元。在像青藏那样环境艰难的地区因为条件的限制，铁路的修建十分困难，那么铁轨的焊接是怎样完成的呢？实验人员：田鸣秋陈婉玲实验日期：2019年4月20日实验目的：探究铝热反应与铁轨的焊接实验器材：1.仪器：坩埚钳，铁架台，滤纸，天平，酒精灯2.药品：钢管（两节），薄铝板，泥沙，铝粉，四氧化三铁，超氧化钾，碳粒，镁条，二氧化锰实验原理：镁条在空气中可以燃烧，氧气是氧化剂。但插入混合物中的部分镁条燃烧时，超氧化钾则是氧化剂，以保证镁条的继续燃烧，同时放出足够的热量引发铝热反应。由于该反应放出大量的热，只要反应已经引发，就可剧烈进行，放出的热使生成的铁熔化为液态。3Fe3O4+8Al=4Al2O3+9Fe4Al+3MnO2=2Al2O3+3Mn实验步骤及现象：1.用两张圆形滤纸，分别折叠成漏斗状，将其中一个取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起，使四周都有四层。2.将漏斗架在铁架上，下面垫上泥沙放上铝板再放上用泥包好的两根钢管3.用天平称取10g铝粉,5g四氧化三铁,3g碳粒,2g二氧化锰4.把固体粉末混合倒入漏斗中，把少量超氧化钾撒在上层5.用酒精灯点燃打磨光亮的镁条插入固体中现象：镁条剧烈燃烧，固体粉末发生微小爆炸同时纸漏斗被烧穿，有熔融物落下结论：漏斗内发生剧烈反应放出大量热使铁，锰等融成熔融物6.待熔融物冷却观察钢管连接情况——基本连接但易断开，除去外层熔渣，仔细观察，可以看到落下的是铁珠7.收拾仪器，处理实验残渣实验结论：铝热反应可以放出大量的热从而获得高熔点金属单质使钢管连接起来1.问题：滤纸为什么需要湿润？讨论：可能因为纸漏斗内反应剧烈放热量大，为防止实验仪器的损害且水蒸发吸热问题与讨论2.问题：超氧化钾的作用？讨论：镁条燃烧放热，使超氧化钾释放出氧气加剧铝热反应3.问题：为什么焊接没有成功？讨论：1.可能钢管保温措施没有做好，只用泥包裹还是会有大量热量散失，还可以通过缩短漏斗与钢管的距离减少热量散失；2.得到的热量可能没使得钢管接头处局部融化从而焊接不牢固；3.虽然添加了二氧化锰，碳粒使最终生成为含锰含碳的合金，但材质还是不够优良硬度不强，也可能是含碳过多使生成合金过脆，易断裂。实验感想：在实验过程中我们了解到铁路修建的艰难和很多生产生活的奥秘与诀窍。化学不仅仅是一门在实验室研究的学科，在实验室中的每一次尝试与努力都与我们的实际生产生活有着紧密的联系。就铝热反应而言，我们只有把反应的特点联想、应用到建设中去它才有实际的价值与意义。这次的实验相当不容易，过程中我也发现了自己操作上的一些不妥当与不熟练，但这个实验对我来说更是一次很好的尝试和学习机会。所以我最大的收获就是——在学习生活中只有我们感想敢做才能造就科学发展的新纪元。
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