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