鎂的化學(xué)性質(zhì)的意外發(fā)現(xiàn)

1、鎂與碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液反應(yīng)探究鎂與碳酸鈉溶液、碳酸氫鈉溶液反應(yīng)探究寧波市鎮(zhèn)海區(qū)龍賽中學(xué)閻娜花熊劍（郵編315201）隨著新課程改革的不斷深入，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力顯得越來越重要。實(shí)驗(yàn)探究在化學(xué)教學(xué)中起著舉足輕重的作用，充分利用化學(xué)學(xué)科“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”的基本特征，挖掘和開發(fā)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在探究性學(xué)習(xí)中的功能，對于改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，形成終身學(xué)習(xí)的能力具有重要的意義。在教學(xué)過程中要引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能

2、力。實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生思維開闊、膽大心細(xì)，敢想、敢做，實(shí)驗(yàn)探究不僅給學(xué)生展開了一個新世界，指導(dǎo)教師也從中受益匪淺，真正體現(xiàn)了教學(xué)相長。提出問題：提出問題：在實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)中，學(xué)生總會問一些老師從來沒有認(rèn)真思考的問題，或者是一些想當(dāng)然的問題，使老師也陷入困惑之中。如學(xué)習(xí)金屬鎂的性質(zhì)時，就有學(xué)生問：金屬鎂的化學(xué)性質(zhì)與金屬鈉是否類似？在酸堿鹽溶液中都可以反應(yīng)嗎？還有一個學(xué)生提出，他在課外遇到這樣的一個問題：“鎂條能與NaHCO3溶液反應(yīng)，產(chǎn)生氣體

3、和沉淀，與Na2CO3不發(fā)生反應(yīng)。”這些同學(xué)想通過實(shí)驗(yàn)來研究有關(guān)鎂與常用酸堿鹽水溶液的反應(yīng)情況。于是我為了滿足學(xué)生們的要求，根據(jù)自己的知識水平結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，給他們準(zhǔn)備了如下試劑和試紙：鎂條、砂紙、蒸餾水、濃度均為0.1molLNH4Cl、NaOH、NaHCO3、Na2CO3溶液和鹽酸、PH試紙、紅色石蕊試紙等供學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究；在學(xué)生的研究過程中后又準(zhǔn)備了不同濃度的NaHCO3、Na2CO3溶液。我和學(xué)生一起通過一系列試管實(shí)驗(yàn)，還真

4、有意外的發(fā)現(xiàn)。探究結(jié)果探究結(jié)果：Ⅰ表面擦去氧化膜的鎂片分別放入體積約2mL，濃度均為0.1molLNH4Cl、NaOH、NaHCO3、Na2CO3四種溶液以及蒸餾水中，均能發(fā)生反應(yīng)。其中NH4Cl溶液中反應(yīng)速率最快，按照NaHCO3、Na2CO3、蒸餾水、NaOH溶液的次序反應(yīng)速率減慢。Ⅱ表面擦去氧化膜的鎂條分別放在不同濃度的NaHCO3和Na2CO3溶液中，反應(yīng)的速率隨濃度的增加而加快，與飽和NaHCO3及飽和Na2CO3溶液反應(yīng)時，

5、可觀察到放入鎂條均會迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡，并且產(chǎn)生氣泡的速率NaHCO3溶液明顯比Na2CO3溶液更快。放置約1個小時左右NaHCO3溶液中有白色沉淀生成，放在Na2CO3溶液中的鎂條表面變暗。放置約2小時左右，再進(jìn)行觀察，Na2CO3溶液中也產(chǎn)生白色不溶物，但前者不溶物多一些。如圖1為反應(yīng)開始瞬間，圖2為放置約2小時后的情況，左邊試管盛Na2CO3溶液，右邊盛NaHCO3溶液。Ⅲ表面擦去氧化膜的鎂條放入NaOH溶液中也會反應(yīng)產(chǎn)生氣泡

6、，約1分種左右鎂條表面就有許多氣泡，放置一段時間后除鎂條表面上有氣泡外沒有其他明顯現(xiàn)象，與鎂條跟水反應(yīng)相比，比鎂條在蒸餾水中產(chǎn)生的氣泡速率小。如圖3，左邊試管盛的是NaOH溶液，右邊盛的是蒸餾水。本想讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究了解“鎂條與酸性溶液反應(yīng)的速率最快，與堿性溶液反應(yīng)比鎂與水反應(yīng)要慢”，結(jié)果卻出人意料，堿性NaHCO3和Na2CO3溶液中的反應(yīng)明顯比水中快，并且濃度越大反應(yīng)速度越快，這該如何解釋？面對這從未想過、做過的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師與學(xué)

7、生同樣處于困惑狀態(tài)。但是根據(jù)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做出了如下決定：一方面讓學(xué)生將酸性、中性、堿性溶液與鎂反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)放置一段時間再觀察；另一方面指導(dǎo)學(xué)生查專業(yè)文獻(xiàn)，尋找合理解釋?，F(xiàn)象分析現(xiàn)象分析：Ⅰ鎂與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是與水電離出的H反應(yīng)，H濃度越大反應(yīng)速率越大；其反應(yīng)速率還受其它因素的影響。Ⅱ擦去氧化膜的鎂條與濃度為0.1molL的NH4Cl反應(yīng)，速度快的原因是：NH4水解使溶液呈酸性，溶液中H濃度增大是反應(yīng)加速的主要原因。用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)

8、產(chǎn)生的氣體，結(jié)果試紙變藍(lán)，說明氣體中有氨氣（NH3），理論分析還有氫氣（H2）。Ⅲ查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)：HCO3作為質(zhì)子給予體，會加速反應(yīng)的進(jìn)行。即NaHCO3溶液中存在如下平衡：HCO3HCO32、H2OHOH；Mg和H反應(yīng)生成H2和Mg2，Mg2跟OH、CO32生成難溶物Mg(OH)2和MgCO3，則H、OH、CO32的濃度均降低，促使上述兩平衡均向右移動。所以，擦去氧化膜的鎂條與飽和NaHCO3溶液反應(yīng)時觀察到：立即產(chǎn)生大量氣泡（利用燃著

9、的木條點(diǎn)燃?xì)怏w吹起的肥皂泡，有輕微的響聲，說明氣體成分為H2），根據(jù)Ksp(MgCO3)=6.82106，Ksp[Mg（OH)2）]=5.611012可知，當(dāng)OH與CO32離子濃度相當(dāng)時，可同時與Mg2生成沉淀，生成難溶物可能是Mg(OH)2與MgCO3按一定比例混合而形成的固體物質(zhì)。飽和Na2CO3溶液中鎂條與水反應(yīng)生成的Mg2會與CO32結(jié)合生成MgCO3促進(jìn)鎂與水繼續(xù)反應(yīng)，所以反應(yīng)速率比與純水反應(yīng)快，反應(yīng)中產(chǎn)生H2和MgCO3；在

10、NaOH溶液中鎂條與水反應(yīng)會受溶液中OH濃度的影響，因溶液中H濃度較小，導(dǎo)致其反應(yīng)速率比與純水反應(yīng)慢。反應(yīng)中得到的沉淀洗凈后加入鹽酸中，沉淀均能完全溶解，同時有大量氣體產(chǎn)生，說明沉淀中含有MgCO3，至于沉淀的具體組成還需要進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。探究反思：探究反思：在探究“擦去氧化膜的鎂片與相應(yīng)溶液的反應(yīng)”過程中，雖然對某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了分析和解釋，得到了同學(xué)們的認(rèn)可，同時也有遺憾，如沒有對沉淀產(chǎn)物進(jìn)行定量分析。這次探究歷程使學(xué)生充分認(rèn)