对镁、铝与水反应的研究，本文主要内容关键词为：，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 镁与水的反应
高级中学课本化学（必修）第一册135页（1995年10月第2版，人教社编，以下同），对元素周期表中第12号元素镁的单质跟水的反应情况是这样介绍的：“[实验5-1]放少许镁粉于试管中，加3mL水，往水中滴加2滴无色酚酞试液，观察现象，然后加热试管至水沸腾，观察发生的现象。
实验表明，镁不易跟冷水作用，但加热时能跟沸水起反应，产生气泡，反应后的溶液使无色酚酞试液变红。这个反应的化学方程式如下：
镁能从水中置换出氢，说明它是一种活泼金属。但它只能跟沸水起反应，……”
笔者多次对这部分内容进行实验验证并观察对比后，认为这里的叙述欠妥，有违于事实。
由这段文字叙述，可归纳出知识点：镁只能跟沸水反应，产生气泡，反应后的溶液使无色酚酞试液变红。同时相应得出：镁不与冷水反应，无气泡产生，且不能使无色酚酞试液变红。多数教师在讲授这部分内容时，都认为镁不与冷水反应，有些文章也认为“室温下镁条在纯水中不反应”[1]。是否果真如此呢？让我们进行下面的实验。
1.1 实验研究
实验1 取少量镁粉于试管中，加3mL蒸馏水，往水中滴2滴无色酚酞试液，振荡后静置。
现象：试液变红，但无气泡逸出。一两分钟后，开始逸出少量气泡，且一直持续不断（笔者在实验过程中，观察了几十分钟，反应一直没有停止。课本所说的“冷水”应是指室温环境下的水，即25℃左右，本文实验时室温在20℃左右）。
实验2 取一段镁条，用砂纸除去表面氧化膜，放入盛有5mL蒸馏水并滴加了3滴酚酞试液的试管中。
现象：很快逸出较多微小气泡，镁条附近区域变红。几分钟后，反应速率减慢，镁条附近区域颜色较深。
实验3 取2支小试管，一支加少量镁粉，另一支加一段除去氧化膜的镁条，各加入3mL蒸馏水，同时进行水浴加热（便于对比观察）。
现象：随温度的升高，镁条产生的气泡量大增，且反应时间较室温时长，而镁粉产生的气泡量相对较少。
1.2 分析与讨论
分析上面几组实验，不难得出结论。[实验1]中开始试液变红，但无气泡逸出，原因是镁是一种活泼金属，很容易被空气中氧气氧化，表面形成一层致密氧化镁薄膜[高中化学（必修）第二册21页]阻止了镁同水的接触。但氧化镁可以跟水缓慢反应生成氢氧化镁：MgO+H[，2]O=Mg（OH）[，2]。氢氧化镁是中强碱，因此可使酚酞试液变红。当镁表面氧化膜被反应破坏后，镁便“裸露”出来与水接触反应，于是产生氢气逸出。由于镁粉表面积很大，表面的氧化镁不断被消耗，故镁与水可缓慢持续进行。
[实验2]中使用的镁条已除去表面氧化膜，故很快便有气泡逸出。反应速率减慢的原因是生成的氢氧化镁难溶于水，逐渐沉积到镁条表面，而隔断了镁与水的接触所致。若取出镁条擦试后，重新放入原试管，又可产生较多气泡，过一会儿反应又减弱。
[实验3]表明，随温度升高，镁与水反应加剧，比常温时持续时间长，原因是气体生成速率加快，不利于氢氧化镁均匀沉积。倘若能破坏镁表面形成的氢氧化镁层，则镁与水的反应将会一直持续下去，且试管内会有沉淀沉积[2]。笔者在镁条几乎停止反应的试管内，加入少量氯化钠固体，片刻反应便迅速进行，且持续反应，试管底部有沉淀生成。
以上反应表明，课本上这段内容叙述与事实不符。笔者建议，将实验时使用的“镁粉”改为“除膜后的镁条”，现象描述可改为“镁与冷水很快发生反应，并逸出较多微小气泡，反应溶液可使酚酞试液变为浅红色。加热，反应速率加快，可逸出大量小气泡，反应后溶液可使酚酞试液变红”。
2 铝与水的反应
对于元素周期表中第13号元素铝的单质与水的反应情况，课本及参考书中均未提及，笔者也进行了一些实验探讨。
笔者使用铝条和铝粉做同样的实验，观察到相似的现象。只是铝条（除膜后）表面生成的一层微小气泡几乎不逸出，铝粉无气泡生成（表面形成致密氧化铝薄膜，氧化铝不溶于水，隔断了铝与水的接触反应），在2支试管中滴加无色酚酞试液均不变色。然后长时间进行水浴加热，在水温较高时，可观察到铝条与水反应速率加快，不断逸出气泡，盛铝粉试管中也有少量气泡逸出。水温近沸时，铝条与水的反应大大加快，不断逸出大量气泡。在水浴加热过程中，铝条可持续与水快速反应几十分钟，速率才逐渐减缓下来。这时，另取一除膜后的铝条放入该试管中，又产生大量气泡。将反应后试管静置冷却，可观察到试管底部有少量固体不溶物，分析可知，应为氢氧化铝沉淀。比较而言，在近沸温度，铝与水比镁与水持续反应时间长。笔者认为，这是由于氢氧化镁是中强碱，随着反应的进行，溶液中[OH]增大，pH升高，有利于氢氧化镁在镁条表面沉积，因此阻碍了镁与水的反应。而氢氧化铝的溶度积很小（Ksp=5.0×10[-33]），溶液中[OH]几乎不变，故对氢氧化铝在铝条表面沉积影响很小，沉积较慢。将上述水浴反应后的2支试管内溶液分别用酸碱指示剂检验均不变色，试液仍呈中性。
实验表明，镁条、铝条与水反应减慢的原因皆为表面沉积氢氧化物阻碍所致。常温时，两者反应现象差异，验证了镁的金属活动性强于铝。温度升高，反应速率均随之加快。
对铝与水的反应，笔者建议做如下描述：铝在常温下跟水微弱反应，表面生成一层微小气泡；与沸水可快速反应，逸出大量气泡，但反应后的溶液均不使酸碱指示剂变色。
3 对镁与氯化铵溶液反应的认识
对于镁与氯化铵溶液的反应，近几年出现了几种不同的解释。有人认为是NH[，4][+]水解显酸性，镁与水解产生的H[+]反应[3]；有人认为是镁与水反应生成的Mg（OH）[，2]附着在镁的表面，而NH[，4][+]的存在促进了Mg（OH）[，2]的电离，从而使镁与水的反应继续[4]；也有人认为是电解质溶液的缓冲作用、Cl[-]现象、OH[-]的钝化现象等因素造成[5]；或者是酸根离子的作用[6]等多种观点。如此众多的解释真苦了我们一线教育工作者，是认准其中一条给学生加以解释，象文献[4]那样；还是概而论之，兼而有之呢？笔者认为，对于这一类存在争议尚无统一认识的问题，我们教师应尽可能地多给学生留有思考的余地，不要忙于下结论，避免以偏概全，限制了学生的思维。倘若我们把片面的甚至是错误的观点强加给学生，那么再纠正过来，恐怕要多费不少周折。镁与氯化铵溶液的反应机理已讨论了多年，今后恐怕还要继续探讨下去。对于它的解释，笔者不想做太多议论，但是，笔者认为，这些解释都各有一定的道理，对于这一反应体系，也许几种因素都在起作用，只是不同条件下主次因素问题，孰是孰非，有待于进一步考证。我们作为一线教师，在给学生做知识介绍时，不妨思维开阔一些，在学生认识水平允许的情况下，从不同角度给以分析，也让学生体会到科学发展无止境，知识是在一步步地完善着，就像“地心说”→“日心说”→“宇宙观”→“大宇宙论”等学说的逐步发展完善一样。笔者也曾做过关于镁与氯化铵溶液，镁与氯化钠溶液反应的对比实验，发现镁与氯化铵溶液反应的速率较快，说明反应过程中NH[，4][+]、Cl[-]同时起着作用。
我们进行素质教育的核心是提高学生的思维品质，这就要求我们教师要从一点一滴做起，从小事做起，时时处处注意给学生创造想象的空间、提供思维锻炼的机会，使我们教育出来的学生能放开思想，大胆质疑，这样谁还能说我们教育出来的学生创新能力差，培养不出“诺贝尔奖得主”呢？
以上是笔者的一点个人认识，不足之处，望各位同行给以斧正。
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