1、探究性实验设计1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 NH4+H2O=NH3H2O+H +，Mg + 2H +=M g2+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
2、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+2H 2O= 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
3、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H 2O、酸(HA) 、NH 3 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 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 3O+ + A-(碱1) (酸1) (酸2)
4、 (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 探究性实验设计2NH3 溶于水的离解是NH 3 和H 2O 的质子转移作用:NH3 + H2O 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
5、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， 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
6、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：NH 4+的作用在盛有 3.0 mL 1.0 mol/L NH4NO3溶液和 3.0
7、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。探究性实验设计3五、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
8、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NH4Cl 溶液显酸性。分析化学教
9、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NH 4Cl 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，还有氨气探究性实验设计4声（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
10、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
11、+ 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：H 2 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：NH 4+ 起氧化剂的作用探究性实验设计5实验 3实验 3 内容 实验现象
12、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，NH 4NO3溶液（左试管）与 Mg 反应剧烈，说明 NH4+ 起氧化剂的作用结论：NH 4+ 起氧化剂
13、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（CH
14、 3 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+ +2NH3H2O ，这样镁探究性实验设计6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+ +2NH3H2O +H2 ，当溶液碱性增强后，又会有 Mg（OH） 2 生成：Mg 2+ + 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
15、酸碱质子理论, NH 4+和H 2O 都是可以提供质子的酸类物质。但在NH 4Cl 溶液中,NH 4Cl 电离出的c (NH 4+ )H 2O 电离出的c (H + ) ,从而降低H 2O 向溶液中提供H + 的作用。所以,把Mg 带放入NH 4Cl 溶液中,Mg 面对H 2O 和NH 4+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 4+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，NH 4+ 也是氧化剂的作用。的化学表达式应为:Mg + 2 NH4+ Mg2 + + 2NH3 + H 2 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 2 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）:55-622.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 2009.84.周开雄. 镁与氯化铵溶液的反应的实验研究.化学教育 2005.4
