1、镁与碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液反应探究宁波市镇海区龙赛中学 阎娜花 熊剑 （邮编 315201） 随着新课程改革的不断深入，培养学生的探究能力显得越来越重要。实验探究在化学教学中起着举足轻重的作用，充分利用化学学科“以实验为基础 ”的基本特征，挖掘和开发化学实验在探究性学习中的功能，对于改变学生的学习方法，形成终身学习的能力具有重要的意义。在教学过程中要引导学生从实验中去发现问题、分析问题、解决问题，培养实验探究能力。实验探究让学生思维开阔、胆大心细，敢想、敢做，实验探究不仅给学生展开了一个新世界，指导教师也从中受益匪浅，真正体现了教学相长。提出问题：在实验探究的教学中，学生总会问一些老师从来没
2、有认真思考的问题，或者是一些想当然的问题，使老师也陷入困惑之中。如学习金属镁的性质时，就有学生问：金属镁的化学性质与金属钠是否类似？在酸碱盐溶液中都可以反应吗？还有一个学生提出，他在课外遇到这样的一个问题：“镁条能与 NaHCO3溶液反应，产生气体和沉淀，与 Na2CO3不发生反应。 ”这些同学想通过实验来研究有关镁与常用酸碱盐水溶液的反应情况。于是我为了满足学生们的要求，根据自己的知识水平结合学校实验条件，给他们准备了如下试剂和试纸：镁条、砂纸、蒸馏水、浓度均为 0.1mol/L NH4Cl、NaOH、NaHCO 3、Na 2CO3溶液和盐酸、PH 试纸、红色石蕊试纸等供学生开展实验探究；在
3、学生的研究过程中后又准备了不同浓度的 NaHCO3、Na 2CO3溶液。我和学生一起通过一系列试管实验，还真有意外的发现。探究结果：表面擦去氧化膜的镁片分别放入体积约 2 mL，浓度均为 0.1mol/L NH4Cl、NaOH、NaHCO 3、Na 2CO3四种溶液以及蒸馏水中，均能发生反应。其中 NH4Cl 溶液中反应速率最快，按照 NaHCO3、Na 2CO3、蒸馏水、NaOH 溶液的次序反应速率减慢。 表面擦去氧化膜的镁条分别放在不同浓度的 NaHCO3和 Na2CO3溶液中，反应的速率随浓度的增加而加快，与饱和 NaHCO3及饱和 Na2CO3溶液反应时，可观察到放入镁条均会迅速反应，
4、产生大量气泡，并且产生气泡的速率 NaHCO3溶液明显比 Na2CO3溶液更快。放置约 1 个小时左右 NaHCO3溶液中有白色沉淀生成，放在 Na2CO3溶液中的镁条表面变暗。放置约 2 小时左右，再进行观察，Na 2CO3溶液中也产生白色不溶物，但前者不溶物多一些。如图 1 为反应开始瞬间，图 2 为放置约2 小时后的情况，左边试管盛 Na2CO3溶液，右边盛 NaHCO3溶液。 表面擦去氧化膜的镁条放入NaOH 溶液中也会反应产生气泡，约1 分种左右镁条表面就有许多气泡，放置一段时间后除镁条表面上有气泡外没有其他明显现象，与镁条跟水反应相比，比镁条在蒸馏水中产生的气泡速率小。如图 3，左
5、边试管盛的是 NaOH 溶液，右边盛的是蒸馏水。本想让学生通过实验探究了解“镁条与酸性溶液反应的速率最快，与碱性溶液反应比镁与水反应要慢” ，结果却出人意料，碱性 NaHCO3和 Na2CO3溶液中的反应明显比水中快，并且浓度越大反应速度越快，这该如何解释？面对这从未想过、做过的实验现象，教师与学生同样处于困惑状态。但是根据自己的实践经验做出了如下决定：一方面让学生将酸性、中性、碱性溶液与镁反应的实验放置一段时间再观察；另一方面指导学生查专业文献，寻找合理解释。现象分析： 镁与水反应的实质是与水电离出的 H+反应，H +浓度越大反应速率越大；其反应速率还受其它因素的影响。 擦去氧化膜的镁条与浓
6、度为 0.1mol/L 的 NH4Cl 反应，速度快的原因是：NH 4+ 水解使溶液呈酸性，溶液中 H+浓度增大是反应加速的主要原因。用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，结果试纸变蓝，说明气体中有氨气（NH 3） ，理论分析还有氢气（H 2） 。 查阅文献发现：HCO 3-作为质子给予体，会加速反应的进行。即 NaHCO3溶液中存在如下平衡：HCO 3- H+ +CO32-、H 2O H+OH-；Mg 和 H+反应生成 H2和 Mg2+，Mg 2+跟 OH-、CO 32- 生成难溶物 Mg(OH)2和 MgCO3，则 H+、OH -、CO 32-的浓度均降低，促使上述两平衡均向右移动。所以，擦
7、去氧化膜的镁条与饱和 NaHCO3溶液反应时观察到：立即产生大量气泡（利用燃着的木条点燃气体吹起的肥皂泡，有轻微的响声，说明气体成分为 H2 ） ，根据Ksp(MgCO3)=6.8210-6，KspMg（OH) 2）=5.6110 -12可知，当 OH- 与 CO32- 离子浓度相当时，可同时与 Mg2+生成沉淀，生成难溶物可能是 Mg(OH)2与 MgCO3按一定比例混合而形成的固体物质。饱和 Na2CO3溶液中镁条与水反应生成的 Mg2+会与 CO32-结合生成 MgCO3促进镁与水继续反应，所以反应速率比与纯水反应快，反应中产生 H2和 MgCO3；在 NaOH 溶液中镁条与水反应会受溶
8、液中 OH- 浓度的影响，因溶液中 H+浓度较小，导致其反应速率比与纯水反应慢。反应中得到的沉淀洗净后加入盐酸中，沉淀均能完全溶解，同时有大量气体产生，说明沉淀中含有 MgCO3 ，至于沉淀的具体组成还需要进行定量实验进行研究。探究反思：在探究“擦去氧化膜的镁片与相应溶液的反应”过程中，虽然对某些实验现象进行了分析和解释，得到了同学们的认可，同时也有遗憾，如没有对沉淀产物进行定量分析。这次探究历程使学生充分认识到了化学反应的复杂性，了解到影响化学反应的因素有很多，溶液中的反应通常向着离子浓度减少的方向进行（如生成沉淀、气体及氧化还原反应的发生等） ，学会了抓到主要矛盾等解决问题的方法。科学实验探究存在不同程度的不确定性，这正是科学发展的动力，也是化学学科的魅力所在。
