镁与水反应

探究镁与氯化铵溶液的反应

一、探究问题的提出

在学习了盐类水解之后，许多学生认为镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因

是：氯化铵水解呈酸性，镁与水解产生的H+反应生成氢气。反应的离子方程式

为NH

4

++H

2

O=NH

3

H

2

O+H+，Mg+2H+=Mg2++H

2

。这种观点也为许多教师所认同,在有些

教学参考资料上也有类似的解释。但我们认为这样解释并不符合事实，因而通过

实验探究来验证自己的猜想。

二、相关资料查阅综述

1.镁与氯化铵反应不仅有氢气生成，还有氨气以及氢氧化镁。

2.镁与氯化铵溶液反应剧烈是由于NH

4

+与Cl-反应引起的：

镁离子能与按盐溶液反应放出氢气，并非由于NH

4

+水解使溶液先酸性导致，

而是NH

4

+直接与Mg(OH)

2

作用而使其溶解，消除了保护层，反应为Mg(OH)

2

+2NH

4

+=

Mg2++2NH

3

H

2

O，这样镁与水接触反应，镁与铵盐反应的初始阶段总反应为Mg+2NH

4

+

+2H

2

O=Mg2++2NH

3

H

2

O+H

2

，后来溶液碱性增强后，又有Mg(OH)

2

生成，Mg2++2NH

3

H

2

O=

Mg(OH)

2

+2NH

4

+，但沉淀并非在镁的表满产生，此时反应的继续可与认为NH

4

+充当

了镁与水的反应的催化剂，Mg+2H

2

O=Mg(OH)

2

+H

2

。

氯离子加快镁与水反应，是由于氯离子具有将强的穿透的作用，能是Mg(OH)

2

从镁表面脱咯，这样失去保护层的镁就可与水反应了。

由此可见，镁与氯化铵溶液反应，其中NH

4

+与Cl-都使反应有利进行，本质仍

为镁与水的置换反应。

+的酸性本质

根据酸碱质子理论,能够给出质子(H+)的物质叫酸,能够接受质子(H+)的

物质叫碱。现以H

2

O、酸(HA)、NH

3

为例说明于下。

H

2

O是一种中性溶剂,水分子之间发生质子的转移,能发生自电离:

H

2

O+H

2

O→H

3

O++OH-

(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)

根据酸碱质子理论H2O既可以是酸,又可以是碱,是一种两性溶剂。

酸(以HA为代表)在水中的电离:

H

2

O+HA→H

3

O++A-

(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)

可见酸溶于水的离解,不能简单看成是酸分子离解成酸，根离子和氢离子(即

质子H+),而应该理解为是水分子和酸分子之间的质子转移作用,作为溶剂的水

起着碱的作用。所以酸与金属(例如Mg)反应生成的H2,是源自酸中的H+。

Mg+2H

3

O+=Mg2++2H

2

O+H

2

↑

NH

3

溶于水的离解是NH

3

和H

2

O的质子转移作用:

NH

3

+H

2

O→NH

4

++OH-

(碱1)(酸1)(酸2)(碱2)

作为溶剂的水起着酸的作用,NH

4

+也应是酸,这就是NH

4

+的酸本质。

三、问题解决设想思路

探究1：镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气，还有氨气。

探究2：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因

设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气

设想2：NH

4

+的作用

设想3：Cl-的作用

四、实验设计方案

实验药品：镁粉，NH

4

Cl固体，CH

3

COONH

4

固体，NH

4

NO

3

固体，KNO3固体，

NaCl固体、酚酞试液

实验仪器：托盘天平、试管、50ml容量瓶（5个）、红色石蕊试纸、酒精灯

及其他玻璃

仪器

探究1：镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气，还有氨气。

4

Cl溶液中加入镁粉用排水法收集一小试管产生的气体,靠近酒精灯,可以听见

爆鸣声。再用湿润的红色石蕊试纸检验试管口产生的气体,试纸变蓝。

探究2：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因

设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气

在盛有mLmol/LCH

3

COONH

4

溶液和mLmol/LNH

4

NO

3

溶液的2支试管中分

别加入镁粉，观察现象。由于CH

3

COONH

4

溶液是中性的，如果NH4NO3溶液中有大

量气泡产生，但CH

3

COONH

4

溶液中无气泡产生，则说明是NH

4

+水解产生的H+与镁

反应，使其反应速率加快。若都有大量气泡产生，则这个设想不成立。

设想2：NH

4

+的作用

在盛有mLmol/LNH

4

NO

3

溶液和mLmol/LKNO3溶液的2支试管中分别加

入镁粉.观察现象。如果NH

4

NO

3

溶液中有大量气泡产生，但KNO3溶液中无气泡产

生，则说明是铵离子的作用。如果两者的反应速率相当，则设想不正确。

设想3：Cl-的作用

在盛有mLmol/LNaCl溶液和mLmol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入

镁粉.观察现象。如果NaCl溶液中有大量气泡产生，但KNO3溶液中无气泡产生，

则说明是氯离子的作用。

五、实验现象与分析

（1）探究1：镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气，还有氨气

实验1

实验1内容实验现象分析与结论

4

Cl溶液（左试管）中加

入镁粉，在出气管口用湿

润的红色石蕊试纸检验

试管口产生的气体，观察

试纸颜色变化；用排水法

收集一小试管产生的气

体,靠近酒精灯,仔细听

爆鸣声。

在4mlH

2

O（右试管）中加

入粉反应，进行对比。

左试管是NH

4

Cl与Mg反

应现象，反应剧烈，产生

大量白色絮状沉淀，放出

大量热。

右试管是H

2

O与Mg反应

现象，反应缓慢，产生少

量气泡，试管壁发热。

湿润的红色石蕊试纸

检验试管口产生的气体,

试纸变蓝。

收集满气体的试管靠

NH

4

Cl溶液显酸性。分析

化学教科书中都有这样

的数据:0.1mol/LNH4Cl

溶液的pH=,1mol/L

NH

4

Cl溶液的pH=4.63,

足可以溶解Mg(OH)2沉

淀。把镁条浸放在NH

4

Cl

溶液中,自然可以观察到

有比把Mg条浸放在水中

快得多的H

2

气泡产生。

试纸变蓝，说明有氨气

近火焰，可以听到爆鸣声生成。

可以听到爆鸣声，说明

有氢气

结论：镁和氯化铵溶液

产生的气体不全是氢气，

还有氨气

（2）探究2：镁能够与氯化铵溶液剧烈反应的原因

设想1：镁与氯化铵水解产生的H+反应生成氢气

实验2

实验2内容实验现象分析与结论

1.在盛有mLmol/L

CH

3

COONH

4

溶液和mL

mol/LNH

4

NO

3

溶液的2支试

管中分别加入镁粉，观察

现象。由于CH

3

COONH

4

溶液

是中性的，如果NH

4

NO

3

溶

液中有大量气泡产生，但

CH

3

COONH

4

溶液中无气泡

产生，则说明是NH

4

+水解

产生的H+与镁反应，使其

反应速率加快。若都有大

量气泡产生，则这个设想

不成立。

CH

3

COONH

4

溶液（左试

管）与NH

4

NO

3

溶液（右试

管）分别和Mg粉反应

两试管反应都很剧烈，但

左试管反应产生泡沫，上

升至试管口，而NH

4

NO

3

溶

液与Mg反应产生的气泡

不能形成泡沫

两试管反应都很剧烈，说

明NH

4

NO

3

水解产生的H+

对反应的影响甚小，主要

是NH

4

+对反应影响。

CH

3

COONH

4

溶液与Mg粉反

应，产生泡沫，逐渐上升，

而NH

4

NO

3

溶液与Mg粉反应

并没有泡沫，可能是溶液

的粘稠程度不一样，产生

泡沫效果。可能是CH

3

COO-

影响。

2.为了排除CH

3

COO-的影

响，增做了CH

3

COONa和

H

2

O分别于Mg反应的探究

实验

反应程度一样CH

3

COONa溶液和H

2

O都与

Mg反应，产生Mg（OH）

2

。

反应程度一样，说明不是

CH

3

COO-影响反应速率。

结论：H

2

O是氧化剂，并

不是镁与氯化铵水解产

生的H+反应生成氢气。

设想2：NH

4

+起氧化剂的作用

实验3

实验3内容实验现象分析与结论

在盛有mLmol/LNH

4

NO

3

溶液和mLmol/LKNO

3

溶

液的2支试管中分别加入

镁粉.观察现象。如果

NH

4

NO

3

溶液中有大量气泡

产生，但KNO3溶液中无

气泡产生，则说明是铵离

子的作用。如果两者的反

应速率相当，则设想不正

确。

NH

4

NO

3

溶液（左试管）和

KNO

3

溶液（右试管）分别

与Mg粉反应

NH

4

NO

3

溶液（左试管）和

KNO

3

溶液（右试管）分别

与Mg粉反应，排除阴离

子的影响，NH

4

NO

3

溶液（左

试管）与Mg反应剧烈，

说明NH

4

+起氧化剂的作用

结论：NH

4

+起氧化剂的作

用

左试管反应剧烈，右试管

反应很少。

设想3：Cl-起催化的作用

实验4

实验4内容实验现象分析与结论

在盛有mL

mol/LNaCl溶液和mL

mol/LKNO

3

溶液的2支试

管中分别加入镁粉.观察

现象。如果NaCl溶液中

有大量气泡产生，但KNO

3

溶液中无气泡产生，则说

明是氯离子的作用。

NaCl溶液（左试管）和

KNO

3

溶液（右试管）分别

与Mg反应

反应速率几乎一样

反应速率几乎一样，说明

Cl-对反应速率的贡献几

乎没有。

结论：Cl-不是起催化的

作用

六、实验讨论

实验1、2说明镁能与铵盐溶液反应放出氢气，并非由于NH

4

+水解使溶液显

酸性导致（CH

3

COONH

4

溶液为中性），而是NH

4

+直接Mg（OH）

2

作用使其溶解，消

除了“保护层”，反应式为Mg（OH）

2

+2NH

4

+=Mg2++2NH

3

·H

2

O，这样镁便与水接

触反应，镁与铵盐反应的初始阶段总反应式为Mg+2H

2

O+2NH

4

+=Mg2++2NH

3

·H

2

O

+H

2

↑，当溶液碱性增强后，又会有Mg（OH）

2

生成：Mg2++2NH

3

·H

2

O=Mg（OH）

2

↓+2NH

4

+，但沉淀并非在镁的表面产生，此时反应的继续可以认为NH

4

+充当了

镁与水反应的催化剂：Mg+2H

2

O=Mg（OH）

2

↓+H

2

↑

根据酸碱质子理论,NH

4

+和H

2

O都是可以提供质子的酸类物质。但在NH

4

Cl溶

液中,NH

4

Cl电离出的c(NH

4

+)》H

2

O电离出的c(H+),从而降低H

2

O向溶液中提

供H+的作用。所以,把Mg带放入NH

4

Cl溶液中,Mg面对H

2

O和NH

4

+这2种氧化剂,

首先是被数量最多,浓度最大的,更容易提供质子的NH

4

+所氧化。鉴于此,笔者认为

能够用来反映Mg与铵盐溶液反应本质中，NH

4

+也是氧化剂的作用。的化学表达

式应为:

Mg+2NH

4

+→Mg2++2NH

3

↑+H

2

↑

七、实验结果

镁和氯化铵溶液产生的气体不全是氢气，还有氨气；，并不是镁与氯化铵水

解产生的H+反应生成氢气；H

2

O和NH

4

+都是氧化剂,起氧化作用，Cl-不是起催化

的作用。

参考文献

1.周晓宏，张冬临，刘晓渝.镁与铵盐溶液反应的教学分析.化学教育2007

（8）:55-62

2.李翘.镁与氯化铵水溶液反应机理的探讨.长沙是雅礼中学.

3.罗华荣,彭晓玲.探究镁与氯化铵溶液的反应.中学化学教学参考

4.周开雄.镁与氯化铵溶液的反应的实验研究.化学教育