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++HO=N3ttl O+H，Mg+ 2H=Mg2++H。

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+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+水解使溶液先酸性导致，而是NH+直接与Mg（OH）作用而使其溶解，消除了保护层，反应为Mg（OH2 +2NH+=
Mg++2NHH2O,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+2NM
+2IHO=Mg+2NHH2O+H,后来溶液碱性增强后，又有Mg（OH）生成，M『+2 NHHO= Mg （OH2+2NH+，但沉淀并非在镁的表满产生，此时反应的继续可与认为NH+充当
了镁与水的反应的催化剂，Mg+2bO= Mg（OH2+吐。

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（OH2 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NM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HO 酸（HA）、NH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 + 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：
H2O + HA —H 30 + 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+0 Mg + 2H3O =Mg2 + + 2H 2O + H2 T
NH溶于水的离解是NH和HO的质子转移作用：
+ -
NH3 + H 2O —NH4 + OH
（碱1）（酸1）（酸2）（碱2）
作为溶剂的水起着酸的作用，NH；也应是酸,这就是NH+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+的作用设想3：Cl-的作用
四、实验设计方案
实验药品：镁粉，NHCI固体，CHCOON固体，NHNO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 NHCI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 moI/L CH 3COONI溶液和3.0 mL 1.0 moI/LNH 4NO溶液的
2支试管中分别加入0.20g镁粉，观察现象。

由于CHCOONI溶液是中性的，女口果NH4NO3S液中有大量气泡产生，但CHCOON溶液中无气泡产生，则说明是NH+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+的作用
在盛有3.0 mL 1.0 moI/L NH 4NO溶液和3.0 mL 1.0 moI/LKNO3 溶液的2 支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。

如果NHNO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: CI-的作用
在盛有3.0 mL 1.0 moI/LNaCI 溶液和3.0 mL 1.0 moI/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
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
(2)探究2:镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因
实验1容
在盛有 4.0mL1.0mol/L NHCI 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4mIH2O(右试管)中加 入0.50gMg
粉反应，进行 实验现象
对比
左试管是NHCI 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
量气泡，试管壁发热
分析与结论 NHCI 溶
液显酸性。

分析 化学教科书中都有这样 的数据:0. 1 moI/L NH4CI 溶液的 pH= 5.3 ,1 moI/L NHCI 溶液的 pH = 4. 63 , 足可以溶解Mg (OH) 2沉 淀。

把镁条浸放在NHCI 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 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
设想1镁与氯化铵水解产生的H*反应生成氢气
实验2
CHCOON溶液和H O都与
Mg反应，产生Mg（OH 2。

反应程
度一样，说明不是CHCOO影响反应
速率。

结论：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容实验现象分析与结论
在盛有3.0 mL 1.0 mol/L NHNO溶液和3.0 mL 1.0 mol/LKNQ溶液的2支试NHNO溶液（左试管）和
KNOB液（右试管）分别与
Mg粉反应
NHNO溶液（左试管）和
KNO溶液（右试管）分别
与Mg粉反应，排除阴离
实验2容
1.在盛有3.0 mL 1.0 mol/L CHCOONH溶液和
3.0 mL 1.0 mol/LNHNO 溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉，观察现象。

由于CHCOONH溶液是中性的，如果NHNO溶液中有大量气泡产生，但CHCO ONH§液中无气泡产生，则说明是NH+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。

实验现象
CH 3COONH溶液（左试
管）与NHNO溶液（右试
管）分别和Mg粉反应
分析与结论
两试管反应都很剧烈，说
明NHNO水解产生的 rf 对
反应的影响甚小，主要是
NM对反应影响。

CHCOON溶液与Mg粉反
应，产生泡沫，逐渐上升，
而NHNO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CHCOO
影响。

2.为了排除CHCOO的影响，增做了CHCOON吞口Hj O分别于Mg反应的探究实验升至试管口，而NHNO溶液与Mg反应产生的气泡不能形成泡沫
反应程度一样
设想3： Cl -
起催化的作用
实验4
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 NH +
水解使溶液显 酸性
导致(CHCOON 溶液为中性)，而是NH +
直接Mg(OH 2作用使其溶解，消 除了“保护
层”，反应式为Mg(OH 2+2NH + = M 6+
+2NH ・"0，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 + 2HO + 2NH + =M(g +
+2NH • HO +H T,当溶液碱性增强
后，又会有 Mg(OH 2生成：M 6+ + 2NH - H20 = Mg ( OH 2 J + 2NH +
，但沉淀并非在
镁的表面产生，此时反应的继续可以认为 NH +
充当了 镁与水反应的催化剂：Mg + 2H2O = Mg (OH 2 ； + H 2 t
根据酸碱质子理论,NH +
和HO 都是可以提供质子的酸类物质。

但在 NHCI 溶 液
中,NHCI 电离出的c (NH4+ )》HO 电离出的c (H +
),从而降低HO 向溶液中提 供H 的
作用。

所以，把Mg 带放入NHCI 溶液中,Mg 面对H2O 和NH +
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NH +
所氧化。

鉴于此,笔者认为 能够用来反映
管中分别加入 0.20g 镁 粉.观察现象。

如果NHNQ 溶液中有大量气泡产生， 但KN03容液中无气泡产 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。

子的影响，NHNO 溶液(左 试管)与Mg 反应剧烈， 说
明NH +
起氧化剂的作用 结论：NH +
起氧化剂的作 用
实验4容 在盛有3.0 mL 1.0 mol/LNaCI 溶液和 3.0 mL 1.0 moI/LKNOa 溶液的 2 支试管中分别加入0.20g 镁粉.观察现象。

如果 NaCI 溶液中有大量气泡 产生，但KNO 容液中无气 泡产生，则说明是氯离子 的作用。

实验现象 分析与结论 反应
速率几乎一样，说明 CI -对反应速率的贡献几 乎没有。

结论：CI -
不是起催化的 作用
左试管反应剧烈，右试管 反应很少。

NaCI 溶液(左试管)和 KNO B 液(右试管)分别 与Mg 反应
Mg与铵盐溶液反应本质中，NM也是氧化剂的作用。

的化学表达式应为：
Mg + 2 NH4+— Mg + + 2NH3 T + Hk T
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；H 0和NH*都是氧化剂，起氧化作用，CI-不是起催化的作用。

参考文献
1.周晓宏，冬临，晓渝•镁与铵盐溶液反应的教学分析•化学教育2007 (8) :55-62
2.翘.镁与氯化铵水溶液反应机理的探讨.是雅礼中学.
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4.周开雄.镁与氯化铵溶液的反应的实验研究.化学教育200
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