Question

某化学兴趣小组的同学在学习了《铝  金属材料》一节后，产生了浓厚的实验探究兴趣，欲对铝热反应进行实验探究。下面是他们活动的一则案例，请你帮助完成相关的内容，回答有关问题。
实验目的
1.观察铝热反应的现象，认识铝的还原性及其应用。
2.提高设计实验方案的能力及观察问题、分析问题的能力，增强实验探究意识。
实验原理
铝具有较强的还原性，在高温下，能把没有它活泼的金属从其氧化物中还原出来。
金属氧化物+铝金属+氧化铝
还原性：铝>金属
仪器和药品
蒸发皿、铁架台（带铁圈）、小试管、烧杯、药匙、坩埚钳、镊子、剪刀、火柴、砂纸、滤纸、长铁钉、砂子、三氧化二铁、铝粉、镁条、氯酸钾。
实验预测
铝是一种活泼金属，可能与其他金属的氧化物发生置换反应。
实验操作
甲同学在如图所示装置中加入药品（蒸发皿内盛有砂子）。

该同学引发铝热反应的实验操作是__________________。
实验现象
上述实验观察到的现象是_______________。
实验结论
在高温下，铝与氧化铁反应，放出大量的热。反应的化学方程式为_______________。
提出问题
乙同学对该实验进行了分析，发现存在几点明显不足：
1.因滤纸的遮挡、燃烧生成大量的烟和反应速率过快等而不易观察清楚红热现象。
2.铁珠四溅，容易发生事故。
实验改进
实验小组的同学积极思考，对实验进行了改进，取得了良好的效果。其改进实验如下：

如上图所示连好装置，加好药品。其中蒸发皿中盛满砂子（用水润湿），在小试管内装入1/3干燥的砂子。用镊子向砂子中插入两支去掉钉帽的铁钉，将铁钉约1/4部分留在砂子外并用镊子将其靠紧。在砂子上面装满氧化铁和铝粉的混合物。在小试管上部放入少量氯酸钾粉末，并在其中插入一根镁条，点燃镁条。反应完全后，用坩埚钳夹住小试管的上端并将其敲断，倒出砂子并取出已焊接在一起的两支铁钉。
观察与思考
1.实验中氯酸钾和镁条的作用是什么？
2.你认为改进后的实验具有的优点是：_______________。
3.铝热反应有什么用途？

Answer 1

加少量KClO₃，插上镁条并将其点燃;  “纸漏斗”内混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟。“纸漏斗”被烧破，有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细砂上。液珠冷却后变为黑色固体;  Fe₂O₃+2AlAl₂O₃+2Fe）;
1.实验中氯酸钾和镁条的作用：镁条引燃，氯酸钾做氧化剂，且分解产生的氧气助燃镁条，使温度升高，引发铝热反应。即氯酸钾和镁条做铝热反应的引发剂。
2.（1）现象明显：由于试管透明，当反应开始后，容易观察到以下现象：①整个红热过程以及铁水生成和自上而下的熔化流动；②红热的铁水将部分埋在铝热剂中的铁钉焊接在一起。
（2）成功率高、安全性好：实验过程中无铁珠迸溅
3.铝热反应的用途：（1）焊接钢轨；（2）冶炼活泼性比铝弱的难熔金属如钒、铬、锰等；（3）定向爆破；（4）军事等。］

【试题分析】