探討氮化鎂的幾個問題

努爾艾再孜．買買提尼吉夫

摘 要：在空氣中點燃Mg條，看不到生成的淡黃色Mg3N2，原因是生成大量MgO的同時，生成Mg3N2的量卻很少，并且Mg3N2受熱易升華。建議教材或教師教學(xué)用書中增加Mg在空氣中燃燒生成Mg3N2的演示實驗。

關(guān)鍵詞：淡黃色粉末 800℃分解 700℃升華 實驗探究

中學(xué)化學(xué)中經(jīng)常遇到利用氮化物的性質(zhì)、制備等設(shè)計的系列問題，主要表現(xiàn)為三種設(shè)計傾向：一是性質(zhì)利用型，如用氮化物與水反應(yīng)的產(chǎn)物構(gòu)建框圖推斷題，主要有AlN、AgN3(疊氮化銀)或Ag3N等。二是計算型，如高考題Mg3N2與水反應(yīng)的計算以及Mg在不同氣體中燃燒后產(chǎn)物質(zhì)量的比較分析等。三是實驗探究型，如Mg燃燒產(chǎn)物的探究等。

有老師通過熱力學(xué)計算及分析，得出Mg能和N2反應(yīng)生成Mg3N2的結(jié)論[1]，筆者在空氣中點燃Mg條，看到有淡黃色的Mg3N2生成[2]。可是，至今不少人對Mg3N2的了解還比較膚淺，不夠深刻，有的甚至有誤解。下面是本人對Mg3N2的一些研究。

1.教材中的Mg3N2

分析新課程標(biāo)準(zhǔn)要求下的高中化學(xué)教材，雖然“新課標(biāo)”中沒有提及Mg，但是人教版以Mg條在空氣中燃燒的圖片，要求學(xué)生寫出所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式[3]；蘇教版呈述為“鎂是活潑的金屬，可以與某些非金屬單質(zhì)、酸等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)3Mg+N2 Mg3N2 ”[4]。可見教材的編著者和廣大教師一樣，不僅認(rèn)為Mg是一種重要的金屬單質(zhì)，還對在空氣中點燃金屬Mg有太多的印象，因為這是我們大家學(xué)習(xí)化學(xué)接觸到的一個重要實驗。但遺憾的是，教材和教學(xué)參考用書未介紹Mg3N2的理化性質(zhì)；實驗室中沒有Mg3N2成品，許多老師沒有見過Mg3N2，客觀導(dǎo)致了許多人對Mg3N2認(rèn)識的偏差。

2.實驗中的Mg3N2

由于受到學(xué)生認(rèn)知水平的限制，初中階段教師只講解生成物是MgO，高中階段再次講授Mg在空氣中燃燒，都會進(jìn)一步講解有Mg3N2生成。近年來不少書籍、期刊有關(guān)于Mg3N2知識的闡述，觀點較多。不少老師因為方法不當(dāng)，實驗時未看到生成的淡黃色粉末，采用“以講代做”，選擇了回避或者想象應(yīng)該有Mg3N2生成。面對“在空氣中點燃Mg條，為什么看不到生成的淡黃色Mg3N2”的疑問，有的甚至作出“Mg3N2在800℃時可分解成Mg和N2，Mg燃燒的火焰溫度高于800℃，那么即使生成Mg3N2，其在800℃時可分解成Mg和N2，Mg燃燒的火焰溫度高于800℃，那么即使有生成Mg3N2，生成的Mg3N2也會分解，即燃燒的最終產(chǎn)物是MgO”的解釋。

本人作如下實驗設(shè)計：

稱取自制的3g Mg3N2粉末，放在小試管中，小心翼翼地用酒精噴燈加熱，發(fā)現(xiàn)淡黃色粉末在逐漸減少。此時，更期待著Mg3N2分解產(chǎn)生的Mg和空氣中O2反應(yīng)，試管內(nèi)壁應(yīng)該出現(xiàn)白色固體，然而固體上方1cm處的管壁卻出現(xiàn)明顯的淡黃色粉末，有著與加熱NH4Cl驚人相似的現(xiàn)象。大家知道NH4Cl受熱到340℃,分解生成NH3與HCl，它們在試管壁上方冷卻又重新化合成NH4Cl，莫非Mg3N2也是如此？資料顯示，溫度達(dá)到300℃時，Mg才能與N2化合，而Mg與O2的化合在常溫下即可，也就是說如果Mg3N2受熱分解出Mg，管壁上方就會出現(xiàn)白色粉末，事實是只看到淡黃色而非白色粉末，所以Mg3N2沒有發(fā)生分解，而最可能的解釋應(yīng)該是Mg3N2升華后凝華。(編者按：僅憑以上實驗就得出此結(jié)論，欠妥。)

本人又查閱相關(guān)資料：由《物理化學(xué)簡明手冊》[5]得知，Mg與O2、Mg與N2反應(yīng)的反應(yīng)速率有著很大的差別。兩個反應(yīng)速率公式均為直線型

其中△m為單位面積上質(zhì)量的增量，k為速率常數(shù)，t為時間。

公式適用條件及k值：

注：exp是一種函數(shù)，表示自然底數(shù)e(2.718281……)的冪次方。

運用上述兩個經(jīng)驗公式，計算出在475℃、550℃時，生成MgO和Mg3N2的質(zhì)量之比分別為2.73×108∶1，雖然筆者目前尚未查找到適用于3500℃的速率公式，但在空氣中點燃Mg條時，兩種生成物質(zhì)量的巨大差異可見一斑。生成大量MgO的同時，Mg3N2的生成量卻很少，很難觀察到淡黃色粉末。其次，生成的很少量Mg3N2在700℃時易升華(上述實驗已證實)，又使得我們很難觀察到淡黃色粉末。

事實再次說明這樣一個簡單的道理：既缺乏實驗驗證，又缺乏理論依據(jù)的猜想，只能是一種偽猜想，違背科學(xué)探究精神，這種做法應(yīng)該引起我們大家的警惕。

化學(xué)教師在日常的教學(xué)工作中，不該回避一些看似簡單，實質(zhì)上內(nèi)涵豐富的實驗。空氣中有著大量的N2，一般實驗室都有金屬Mg、水槽和鐘罩，具備了實驗條件。從這樣的一個小實驗，反映出我們當(dāng)前中學(xué)化學(xué)實驗研究還缺乏基礎(chǔ)性?？此埔恍┬嶒?、小問題，我們忽略它的探索性和研究性價值。

3.正確認(rèn)識Mg3N2

眾所周知，化學(xué)實驗教學(xué)在化學(xué)教學(xué)活動中占有很重要的地位。從加強教師的專業(yè)知識、從學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平、改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、提高學(xué)生學(xué)習(xí)和參與活動的主動性與積極性出發(fā)，建議編著者在編寫高中教材或在編寫教師教學(xué)用書時，增加在空氣中點燃Mg條生成Mg3N2的探究實驗[2]，并且作出如下說明：

在空氣中點燃鎂條，不但生成氧化鎂，而且還生成氮化鎂。氮化鎂為淡黃色粉末或塊狀物。相對密度為2.712，800℃時分解，在真空中700℃時升華, 氮化鎂為離子型化合物，在水中迅速水解：Mg3N2+6H2O＝3Mg(OH)2+2NH3↑溶于酸，不溶于乙醇。

此實驗也可以作為學(xué)生課余化學(xué)探究實驗活動之用。

筆者認(rèn)為，新課程的開展，需要我們踏踏實實地堅守實驗這個最基本、最有效、最能體現(xiàn)學(xué)科本位的陣地，讓我們?yōu)榛瘜W(xué)新課程的開展做一些實事，這是當(dāng)務(wù)之急。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軍翔. 堿土金屬和氮氣的反應(yīng)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考.2005,(4)：6.

[2]王金龍.鎂與氮氣反應(yīng)實驗的設(shè)計[J].中學(xué)化學(xué).2006，(3):21.