鎂和稀鹽酸反應(yīng)異?，F(xiàn)象的探究

黃圖倫

摘要：對足量鎂和稀鹽酸反應(yīng)出現(xiàn)灰白色渾濁的異?，F(xiàn)象進(jìn)行探究，提出沉淀成分可能為氯化鎂、細(xì)顆粒鎂粉或氫氧化鎂等多種假說；最終實(shí)證分析認(rèn)定，固體產(chǎn)物是不同化學(xué)組成的堿式氯化鎂的混合物。經(jīng)此探究得出的啟示是：（1）教材中鎂與酸的實(shí)驗(yàn)選用稀硫酸的做法是合理的，實(shí)際教學(xué)中不宜隨意更換；（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)充分利用好異?，F(xiàn)象這一資源，設(shè)計(jì)開展學(xué)生參與的交流和探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生思維的深層次發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鎂；稀鹽酸；稀硫酸；異?，F(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

文章編號：1005–6629（2016）3–0064–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

現(xiàn)行初、高中化學(xué)教材都設(shè)置有較活潑金屬與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)置換氫氣的實(shí)驗(yàn)，如蘇教版高中《化學(xué)1》必修教材[1]在探討鎂的化學(xué)性質(zhì)時(shí)就設(shè)置了鎂與稀硫酸的反應(yīng)：在一支試管中放入一小段擦去氧化膜的鎂條，再向試管中加入一定量的稀硫酸，觀察現(xiàn)象。

在開展學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?qū)嶒?yàn)室稀硫酸備存量不足，實(shí)驗(yàn)員臨時(shí)選擇了稀鹽酸替代。教學(xué)中有學(xué)生報(bào)告，試管中出現(xiàn)了灰白色沉淀！筆者課后讓該同學(xué)重演了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程：用一小試管，取 4mL 0.1 mol·L-1稀鹽酸，加入一段長約4cm的去除氧化膜的鎂帶，靜置片刻，沉淀果然如期而至！

一個(gè)看似很簡單的中學(xué)實(shí)驗(yàn)，為什么會(huì)出現(xiàn)如此異?，F(xiàn)象？對此，課下師生們又一起對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了更深入的研究。

實(shí)驗(yàn)1 4支小試管各取4mL 0.1 mol·L-1稀鹽酸，再分別加入一定長度的已去除氧化膜的鎂帶，靜置并觀察現(xiàn)象，比較沉淀的生成量。結(jié)果見表1。

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)1說明一定量稀鹽酸與少量金屬鎂反應(yīng)并不出現(xiàn)異常現(xiàn)象，但增加鎂帶用量，在其溶解產(chǎn)生氣泡的同時(shí)，會(huì)伴有灰白色（或白色）的沉淀生成。可見，鎂用量的多少是決定體系是否出現(xiàn)異常的原因。

那么，灰白色物質(zhì)到底是什么？為弄清成因，學(xué)生進(jìn)行了激烈討論，最后形成了3種代表性意見，然后據(jù)此設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 觀點(diǎn)1：氯化鎂晶體析出

有學(xué)生認(rèn)為，由于金屬鎂用量較多，反應(yīng)后氯化鎂的生成量偏多，在溶液中可能因過飽和而析出。由《化學(xué)辭典》[2]查得，氯化鎂為無色三方晶系晶體，100g水中溶解的量為54.8g（20℃）、73.0g（100℃）。說明常溫下氯化鎂極易溶于水，即使是20℃下的飽和溶液濃度也可超過5 mol·L-1。

實(shí)驗(yàn)2 將實(shí)驗(yàn)1中D試管久置，傾析法倒去上層溶液得灰白色沉淀，然后加入5mL蒸餾水，充分振蕩靜置，沉淀量未減少。若用小試管取等質(zhì)量氯化鎂固體（分析純），加等量蒸餾水，稍振蕩即全部溶解得澄清溶液。

可見，氯化鎂易溶于水，而灰白色生成物溶解性則相對要差得多，觀點(diǎn)1不足為信。

2.2 觀點(diǎn)2：反應(yīng)后鎂粉剩余

若做過鋁箔與鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，如下現(xiàn)象可能并不陌生：劇烈反應(yīng)，氣泡上竄，溶液變渾濁，有大量淺灰白色沉淀生成。很多學(xué)者[3，4]證實(shí)，該淺灰白色物質(zhì)能與酸或強(qiáng)堿反應(yīng)，并有微量氣泡放出。由此認(rèn)識(shí)到，灰白色懸濁物應(yīng)含有細(xì)顆粒狀的鋁，產(chǎn)生原因是反應(yīng)太劇烈而從鋁箔表面脫落所致。那么，足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)后的灰白色沉淀是否也是鎂粉細(xì)顆粒呢？

實(shí)驗(yàn)3 小試管取適量上述實(shí)驗(yàn)后的灰白色沉淀，加入3mL 0.1 mol·L-1的稀鹽酸，沉淀立即溶解消失，但沒有氣泡生成。

若樣品為（或存在）鎂粉，加入稀鹽酸會(huì)產(chǎn)生H2。實(shí)驗(yàn)3現(xiàn)象說明足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)后得到的灰白色沉淀并非細(xì)顆粒狀的鎂粉。

2.3 觀點(diǎn)3：生成了氫氧化鎂

持這種觀點(diǎn)的學(xué)生是這么理解的：由于鎂的還原性略遜于鈉，常溫下就能與水反應(yīng)。足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)的后期，可認(rèn)為是剩余金屬鎂在氯化鎂溶液中繼續(xù)與水反應(yīng)。由于溶液中存在氯離子，對金屬表面的難溶性生成物氫氧化鎂有鉆穿效應(yīng)而使之脫落，破壞了對內(nèi)部金屬的保護(hù)作用，使鎂在常溫下能與氯化鎂溶液持續(xù)反應(yīng)，不斷生成大量氣泡和氫氧化鎂沉淀。

實(shí)驗(yàn)4 小試管取5mL蒸餾水，加入一小段去除氧化膜的鎂帶，鎂帶表面先有少量氣泡生成后消失，蒸餾水仍澄清。繼續(xù)加入幾滴氯化鎂飽和溶液，鎂帶表面立即持續(xù)產(chǎn)生細(xì)小氣泡并不斷溶解，約3min后試管中出現(xiàn)白色渾濁，20min后鎂帶全部溶解，小試管中剩余大量灰白色沉淀。

實(shí)驗(yàn)5 將實(shí)驗(yàn)4中的灰白色沉淀充分蒸餾水洗，直至最后一次洗滌液中加硝酸銀溶液后渾濁現(xiàn)象不明顯為止。然后加入適量0.1 mol·L-1稀硝酸，沉淀立即溶解，繼續(xù)滴加幾滴0.1 mol·L-1硝酸銀溶液，出現(xiàn)大量白色渾濁。若改以實(shí)驗(yàn)1所得沉淀作樣品重復(fù)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象相同。

實(shí)驗(yàn)6 將少量灰白色沉淀蒸餾水洗并室溫晾干。然后取樣，按圖1加熱固體，用濕潤的紫色石蕊試紙檢驗(yàn)氣體產(chǎn)物，試紙變紅；若另取一頭用硝酸銀溶液浸潤的玻璃棒懸于試管口，出現(xiàn)白色渾濁。

實(shí)驗(yàn)4說明鎂在氯化鎂溶液中能反應(yīng)生成灰白色沉淀。結(jié)合實(shí)驗(yàn)5和6，鎂與稀鹽酸或氯化鎂溶液得到的沉淀樣品均可溶于強(qiáng)酸，且無論是用硝酸溶解后的溶液還是固體樣品直接加熱，都檢測到了氯元素的存在。因此，認(rèn)為沉淀是（或者只是）氫氧化鎂的觀點(diǎn)也是站不住腳的。

基于實(shí)證與分析，原有設(shè)想一一遭到了否定。正在大家困惑不已時(shí)，有位學(xué)生提出了一種新設(shè)想：電解法制鎂所用原料無水氯化鎂，需要將MgCl2·6H2O在干燥的HCl氣流中加熱才能得到，若在空氣中加熱生成的則是Mg（OH）Cl或MgO；那么，足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)生成的灰白色沉淀是否也可能是堿式鹽一類的物質(zhì)呢？

2.4 觀點(diǎn)4：生成堿式氯化鎂

實(shí)驗(yàn)7 在小燒杯中放入約50mL 0.01 mol·L-1稀鹽酸，然后加入兩段各5cm的去除氧化膜的鎂帶，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用pH計(jì)監(jiān)測反應(yīng)過程中溶液pH變化并讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

由實(shí)驗(yàn)7可知，足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)過程中，溶液的pH逐漸增大，但酸性介質(zhì)范圍內(nèi)并不會(huì)有渾濁產(chǎn)生，只有當(dāng)鎂與稀鹽酸（實(shí)際為鎂與氯化鎂溶液）的反應(yīng)體系呈弱堿性并堿性逐步增強(qiáng)時(shí)，灰白色沉淀才逐漸出現(xiàn)、增多。聯(lián)系實(shí)驗(yàn)5、實(shí)驗(yàn)6的定性檢驗(yàn)結(jié)果，我們有理由相信灰白色沉淀的成分為堿式氯化鎂。

有文獻(xiàn)[5]介紹，堿式氯化鎂存在多種組成結(jié)構(gòu)，化學(xué)通式可表示為Mgx（OH）yClz·mH2O（其中2x-y-z=0，0≤m≤6），最早是在研究MgO和MgCl2水溶液之間的化學(xué)反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)的，主要存在Mg2（OH）3Cl·4H2O、Mg3（OH）5Cl·4H2O和Mg10（OH）18Cl2·5H2O等3種相。現(xiàn)代科學(xué)儀器分析表明，一定pH環(huán)境下得到的白色沉淀均為多種堿式氯化鎂固體的混合物，不同pH下得到的堿式氯化鎂固體產(chǎn)物測得的化學(xué)組成也并不相同（可參見表3）[6]。

綜上所述，由于足量鎂與稀鹽酸反應(yīng)過程中，溶液會(huì)經(jīng)歷從酸性到堿性并堿性逐步增強(qiáng)的過程，從而能促進(jìn)灰白色沉淀的生成。由于不同pH下生成的堿式氯化鎂的化學(xué)組成也會(huì)隨之改變，因此我們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中得到的渾濁應(yīng)為不同化學(xué)組成的堿式氯化鎂的混合物。

3.1 關(guān)于教材實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)

用稀鹽酸代替稀硫酸演示鎂與酸的反應(yīng)，由于Cl-對金屬表面的氯離子效應(yīng)[7]，會(huì)使鎂與酸（或水）反應(yīng)速率大大加快。一旦鎂的用量偏多，在課堂教學(xué)時(shí)間段內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)大量的灰白色沉淀?；谏鲜隼碚摵蛯?shí)驗(yàn)等方面的探究，我們認(rèn)為異?，F(xiàn)象出現(xiàn)的深層次原因是在不同pH下生成了不同化學(xué)組成的堿式氯化鎂的混合物。建議進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教材選用稀硫酸是合理的，不宜隨意更換；即使要選用稀鹽酸，也要注意鎂帶的用量宜少不宜多。

3.2 關(guān)于異常現(xiàn)象的處理

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是為學(xué)生提供感性知識(shí)的手段，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和探究精神的有效途徑。教學(xué)改革背景下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種平等、開放、動(dòng)態(tài)的對話和交流。由于影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)的因素是多元的，因此在具體操作過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些意料之外、不能理解的異常現(xiàn)象，教學(xué)過程也將意味著有更多的不確定性[8]。在眾多的異?，F(xiàn)象中，有些可以運(yùn)用學(xué)生已經(jīng)掌握的知識(shí)給予合理解釋，有些則在學(xué)生當(dāng)前的知識(shí)背景下尚無法說明。但不管暫時(shí)能不能解釋，都不妨礙這些異?，F(xiàn)象成為我們的教學(xué)資源。教師要敢于打破預(yù)設(shè)的框架，調(diào)整教學(xué)策略，循著學(xué)生思維發(fā)展的腳步，積極進(jìn)行課堂創(chuàng)新，及時(shí)開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生的思維向更深層次發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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