探究镁与氯化铵溶液的反应.docx
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探究镁与氯化铵溶液的反应
探究镁及氯化铵溶液的反应
一、探究问题的提出
在学习了盐类水解之后,许多学生认为镁能够及氯化铵溶液剧烈反应的原因是:
氯化铵水解呈酸性,镁及水解产生的H+反应生成氢气。
反应的离子方程式为NH4++H2O=NH3H2O+H+,Mg+2H+=Mg2++H2。
这种观点也为许多教师所认同,在有些教学参考资料上也有类似的解释。
但我们认为这样解释并不符合事实,因而通过实验探究来验证自己的猜想。
二、相关资料查阅综述
1.镁及氯化铵反应不仅有氢气生成,还有氨气以及氢氧化镁。
2.镁及氯化铵溶液反应剧烈是由于NH4+及Cl-反应引起的:
镁离子能及按盐溶液反应放出氢气,并非由于NH4+水解使溶液先酸性导致,而是NH4+直接及Mg(OH)2作用而使其溶解,消除了保护层,反应为Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3H2O,这样镁及水接触反应,镁及铵盐反应的初始阶段总反应为Mg+2NH4++2H2O=Mg2++2NH3H2O+H2,后来溶液碱性增强后,又有Mg(OH)2生成,Mg2++2NH3H2O=Mg(OH)2+2NH4+,但沉淀并非在镁的表满产生,此时反应的继续可及认为NH4+充当了镁及水的反应的催化剂,Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2。
氯离子加快镁及水反应,是由于氯离子具有将强的穿透的作用,能是Mg(OH)2从镁表面脱咯,这样失去保护层的镁就可及水反应了。
由此可见,镁及氯化铵溶液反应,其中NH4+及Cl-都使反应有利进行,本质仍为镁及水的置换反应。
3.NH4+的酸性本质
根据酸碱质子理论,能够给出质子(H+)的物质叫酸,能够接受质子(H+)的物质叫碱。
现以H2O、酸(HA)、NH3为例说明于下。
H2O是一种中性溶剂,水分子之间发生质子的转移,能发生自电离:
H2O+H2O→H3O++OH-
(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)
根据酸碱质子理论H2O既可以是酸,又可以是碱,是一种两性溶剂。
酸(以HA为代表)在水中的电离:
H2O+HA→H3O++A-
(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)
可见酸溶于水的离解,不能简单看成是酸分子离解成酸,根离子和氢离子(即质子H+),而应该理解为是水分子和酸分子之间的质子转移作用,作为溶剂的水起着碱的作用。
所以酸及金属(例如Mg)反应生成的H2,是源自酸中的H+。
Mg+2H3O+=Mg2++2H2O+H2↑
NH3溶于水的离解是NH3和H2O的质子转移作用:
NH3+H2O→NH4++OH-
(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)
作为溶剂的水起着酸的作用,NH4+也应是酸,这就是NH4+的酸本质。
三、问题解决设想思路
探究1:
镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气,还有氨气。
探究2:
镁能够及氯化铵溶液剧烈反应的原因
设想1:
镁及氯化铵水解产生的H+反应生成氢气
设想2:
NH4+的作用
设想3:
Cl-的作用
四、实验设计方案
实验药品:
镁粉,NH4Cl固体,CH3COONH4固体,NH4NO3固体,KNO3固体,NaCl固体、酚酞试液
实验仪器:
托盘天平、试管、50ml容量瓶(5个)、红色石蕊试纸、酒精灯及其他玻璃
仪器
探究1:
镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气,还有氨气。
在盛有4.0mL1.0mol/LNH4Cl溶液中加入0.50g镁粉用排水法收集一小试管产生的气体,靠近酒精灯,可以听见爆鸣声。
再用湿润的红色石蕊试纸检验试管口产生的气体,试纸变蓝。
探究2:
镁能够及氯化铵溶液剧烈反应的原因
设想1:
镁及氯化铵水解产生的H+反应生成氢气
在盛有3.0mL1.0mol/LCH3COONH4溶液和3.0mL1.0mol/LNH4NO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉,观察现象。
由于CH3COONH4溶液是中性的,如果NH4NO3溶液中有大量气泡产生,但CH3COONH4溶液中无气泡产生,则说明是NH4+水解产生的H+及镁反应,使其反应速率加快。
若都有大量气泡产生,则这个设想不成立。
设想2:
NH4+的作用
在盛有3.0mL1.0mol/LNH4NO3溶液和3.0mL1.0mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。
如果NH4NO3溶液中有大量气泡产生,但KNO3溶液中无气泡产生,则说明是铵离子的作用。
如果两者的反应速率相当,则设想不正确。
设想3:
Cl-的作用
在盛有3.0mL1.0mol/LNaCl溶液和3.0mL1.0mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。
如果NaCl溶液中有大量气泡产生,但KNO3溶液中无气泡产生,则说明是氯离子的作用。
五、实验现象及分析
(1)探究1:
镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气,还有氨气
实验1
实验1内容
实验现象
分析及结论
在盛有4.0mL1.0mol/LNH4Cl溶液(左试管)中加入0.50g镁粉,在出气管口用湿润的红色石蕊试纸检验试管口产生的气体,观察试纸颜色变化;用排水法收集一小试管产生的气体,靠近酒精灯,仔细听爆鸣声。
在4mlH2O(右试管)中加入0.50gMg粉反应,进行对比。
左试管是NH4Cl及Mg反应现象,反应剧烈,产生大量白色絮状沉淀,放出大量热。
右试管是H2O及Mg反应现象,反应缓慢,产生少量气泡,试管壁发热。
湿润的红色石蕊试纸检验试管口产生的气体,试纸变蓝。
收集满气体的试管靠近火焰,可以听到爆鸣声
NH4Cl溶液显酸性。
分析化学教科书中都有这样的数据:
0.1mol/LNH4Cl溶液的pH=5.3,1mol/LNH4Cl溶液的pH=4.63,足可以溶解Mg(OH)2沉淀。
把镁条浸放在NH4Cl溶液中,自然可以观察到有比把Mg条浸放在水中快得多的H2气泡产生。
试纸变蓝,说明有氨气生成。
可以听到爆鸣声,说明有氢气
结论:
镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气,还有氨气
(2)探究2:
镁能够及氯化铵溶液剧烈反应的原因
设想1:
镁及氯化铵水解产生的H+反应生成氢气
实验2
实验2内容
实验现象
分析及结论
1.在盛有3.0mL1.0mol/LCH3COONH4溶液和3.0mL1.0mol/LNH4NO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉,观察现象。
由于CH3COONH4溶液是中性的,如果NH4NO3溶液中有大量气泡产生,但CH3COONH4溶液中无气泡产生,则说明是NH4+水解产生的H+及镁反应,使其反应速率加快。
若都有大量气泡产生,则这个设想不成立。
CH3COONH4溶液(左试管)及NH4NO3溶液(右试管)分别和Mg粉反应
两试管反应都很剧烈,但左试管反应产生泡沫,上升至试管口,而NH4NO3溶液及Mg反应产生的气泡不能形成泡沫
两试管反应都很剧烈,说明NH4NO3水解产生的H+对反应的影响甚小,主要是NH4+对反应影响。
CH3COONH4溶液及Mg粉反应,产生泡沫,逐渐上升,而NH4NO3溶液及Mg粉反应并没有泡沫,可能是溶液的粘稠程度不一样,产生泡沫效果。
可能是CH3COO-影响。
2.为了排除CH3COO-的影响,增做了CH3COONa和H2O分别于Mg反应的探究实验
反应程度一样
CH3COONa溶液和H2O都及Mg反应,产生Mg(OH)2。
反应程度一样,说明不是
CH3COO-影响反应速率。
结论:
H2O是氧化剂,并不是镁及氯化铵水解产生的H+反应生成氢气。
设想2:
NH4+起氧化剂的作用
实验3
实验3内容
实验现象
分析及结论
在盛有3.0mL1.0mol/LNH4NO3溶液和3.0mL1.0mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。
如果NH4NO3溶液中有大量气泡产生,但KNO3溶液中无气泡产生,则说明是铵离子的作用。
如果两者的反应速率相当,则设想不正确。
NH4NO3溶液(左试管)和
KNO3溶液(右试管)分别及Mg粉反应
左试管反应剧烈,右试管反应很少。
NH4NO3溶液(左试管)和
KNO3溶液(右试管)分别及Mg粉反应,排除阴离子的影响,NH4NO3溶液(左试管)及Mg反应剧烈,说明NH4+起氧化剂的作用
结论:
NH4+起氧化剂的作用
设想3:
Cl-起催化的作用
实验4
实验4内容
实验现象
分析及结论
在盛有3.0mL1.0mol/LNaCl溶液和3.0mL1.0mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。
如果NaCl溶液中有大量气泡产生,但KNO3溶液中无气泡产生,则说明是氯离子的作用。
NaCl溶液(左试管)和
KNO3溶液(右试管)分别及Mg反应
反应速率几乎一样
反应速率几乎一样,说明
Cl-对反应速率的贡献几乎没有。
结论:
Cl-不是起催化的作用
六、实验讨论
实验1、2说明镁能及铵盐溶液反应放出氢气,并非由于NH4+水解使溶液显酸性导致(CH3COONH4溶液为中性),而是NH4+直接Mg(OH)2作用使其溶解,消除了“保护层”,反应式为Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3·H2O,这样镁便及水接触反应,镁及铵盐反应的初始阶段总反应式为Mg+2H2O+2NH4+=Mg2++2NH3·H2O+H2↑,当溶液碱性增强后,又会有Mg(OH)2生成:
Mg2++2NH3·H2O=Mg(OH)2↓+2NH4+,但沉淀并非在镁的表面产生,此时反应的继续可以认为NH4+充当了镁及水反应的催化剂:
Mg+2H2O=Mg(OH)2↓+H2↑
根据酸碱质子理论,NH4+和H2O都是可以提供质子的酸类物质。
但在NH4Cl溶液中,NH4Cl电离出的c(NH4+)》H2O电离出的c(H+),从而降低H2O向溶液中提供H+的作用。
所以,把Mg带放入NH4Cl溶液中,Mg面对H2O和NH4+这2种氧化剂,首先是被数量最多,浓度最大的,更容易提供质子的NH4+所氧化。
鉴于此,笔者认为能够用来反映Mg及铵盐溶液反应本质中,NH4+也是氧化剂的作用。
的化学表达式应为:
Mg+2NH4+→Mg2++2NH3↑+H2↑
七、实验结果
镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气,还有氨气;,并不是镁及氯化铵水解产生的H+反应生成氢气;H2O和NH4+都是氧化剂,起氧化作用,Cl-不是起催化的作用。
参考文献
1.周晓宏,张冬临,刘晓渝.镁及铵盐溶液反应的教学分析.化学教育2007(8):
55-62
2.李翘.镁及氯化铵水溶液反应机理的探讨.长沙是雅礼中学.
3.罗华荣,彭晓玲.探究镁及氯化铵溶液的反应.中学化学教学参考2009.8
4.周开雄.镁及氯化铵溶液的反应的实验研究.化学教育2005.4