探究镁与氯化铵溶液的反应

探究镁与氯化铵溶液的反应

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NH 4++H 2O=NH 3H 2O+H +，Mg + 2H +=M g 2++H 2。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NH 4+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NH 4+水解使溶液先酸性导致，而是NH 4+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 +2NH 4+= Mg 2++2NH 3 H 2O ，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+ 2NH 4+ +2H 2O=Mg 2++2NH 3 H 2O+H 2，后来溶液碱性增强后，又有Mg(OH)2生成，Mg 2++2 NH 3 H 2O= Mg(OH)2+2NH 4+，但沉淀并非在镁的表满产生，此时反应的继续可与认为NH 4+充当了镁与水的反应的催化剂，Mg+2H 2O= Mg(OH)2+ H 2。

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NH 4+与Cl -都使反应有利进行，本质仍为镁与水的置换反应。

+

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H 2O 、酸(HA) 、NH 3 为例说明于下。

H 2O 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:

H 2O + H 2O → H 3O + + 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: H 2O + HA → H 3O + + 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 + 2H 3O + =Mg 2 + + 2H 2O + H 2 ↑

NH 3 溶于水的离解是NH 3 和H 2O 的质子转移作用:

NH

3 + H

2

O → NH

4

+ + OH-

(碱1) (酸1) (酸2) (碱2)

作为溶剂的水起着酸的作用, NH

4+也应是酸,这就是NH

4

+ 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：NH

4

+的作用

设想3：Cl-的作用

四、实验设计方案

实验药品：镁粉，NH

4Cl固体， CH

3

COONH

4

固体， NH

4

NO

3

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 NH

4

Cl溶液中加入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 mL mol/L CH

3COONH

4

溶液和 mL mol/LNH

4

NO

3

溶液的2支试管中分

别加入镁粉，观察现象。由于CH

3COONH

4

溶液是中性的，如果NH4NO3溶液中有大

量气泡产生，但CH

3COONH

4

溶液中无气泡产生，则说明是NH

4

+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：NH

4

+的作用

在盛有 mL mol/L NH

4NO

3

溶液和 mL mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加

入镁粉.观察现象。如果NH

4NO

3

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 mL mol/LNaCl溶液和 mL mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入镁粉.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 NH

4

Cl溶液（左试

管）中加入镁粉，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4mlH

2

O（右试管）中加

入粉反应，进行对比。

左试管是NH

4

Cl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H

2

O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

NH

4

Cl 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= ,1 mol/L

NH

4

Cl 溶液的pH = 4. 63 ,

足可以溶解Mg (OH) 2 沉

淀。把镁条浸放在NH

4

Cl

溶液中,自然可以观察到

有比把Mg 条浸放在水中

快得多的H

2

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