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（转载）探究镁与氯化铵溶液的反应

2014-11-22 20:58阅读：

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探究镁与氯化铵溶液的反应——来自百度

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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与氯化铵溶液剧烈反应的原因是：氯化铵水解呈酸性，镁与水解产生的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.镁与氯化铵反应不仅有氢气生成，还有氨气以及氢氧化镁。
2.镁与氯化铵溶液反应
剧烈是由于NH4+与Cl-反应引起的：
镁离子能与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+直接与Mg(OH)2作用而使其溶解，消除了保护层，反应为Mg(OH)2 +2NH4+= Mg2++2NH3 H2O，这样镁与水接触反应，镁与铵盐反应的初始阶段总反应为Mg+ 2NH4+ +2H2O=Mg2++2NH3 H2O+H2，后来溶液碱性增强后，又有Mg(OH)2生成，Mg2++2 NH3 H2O= Mg(OH)2+2NH4+，但沉淀并非在镁的表满产生，此时反应的继续可与认为NH4+充当了镁与水的反应的催化剂，Mg+2H2O= Mg(OH)2+ H2。
氯离子加快镁与水反应，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与水反应了。
由此可见，镁与氯化铵溶液反应，其中NH4+与Cl-都使反应有利进行，本质仍为镁与水的置换反应。

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。所以酸与金属(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：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因
设想1：镁与氯化铵水解产生的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/L NH4Cl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：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因
设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气
在盛有3.0 mL 1.0 mol/L CH3COONH4溶液和3.0 mL 1.0 mol/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+与镁反应，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3.0 mL 1.0 mol/L NH4NO3溶液和3.0 mL 1.0 mol/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3.0 mL 1.0 mol/LNaCl溶液和3.0 mL 1.0 mol/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、实验现象与分析
（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
 分析与结论
在盛有4.0mL1.0mol/L NH4Cl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与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与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. 1 mol/L NH4Cl 溶液的pH= 5.3 ,1 mol/L NH4Cl 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：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因

设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气

实验2

实验2内容
 实验现象
 分析与结论
1.在盛有3.0 mL 1.0 mol/L CH3COONH4溶液和3.0 mL 1.0 mol/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+与镁反应，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）与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溶液与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溶液与Mg粉反应，产生泡沫，逐渐上升，而NH4NO3溶液与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H2 O分别于Mg反应的探究实验
反应程度一样
 CH3COONa溶液和H2 O都与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：H2 O是氧化剂，并不是镁与氯化铵水解产生的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
 分析与结论
在盛有3.0 mL 1.0 mol/L NH4NO3溶液和3.0 mL 1.0 mol/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）分别与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）分别与Mg粉反应 ，排除阴离子的影响，NH4NO3溶液（左试管）与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
 分析与结论
在盛有3.0 mL 1.0 mol/LNaCl溶液和3.0 mL 1.0 mol/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）分别与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说明镁能与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（CH3 COONH4 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 ，这样镁便与水接触反应，镁与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+ 充当了镁与水反应的催化剂：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 与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 + 2 NH4+ → 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；，并不是镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气；H2 O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.镁与铵盐溶液反应的教学分析.化学教育 2007（8）:55-62
2.李翘.镁与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.探究镁与氯化铵溶液的反应.中学化学教学参考2009.8
4.周开雄. 镁与氯化铵溶液的反应的实验研究.化学教育2005.4

（转载）探究镁与氯化铵溶液的反应

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