一组反常实验现象的初步分析.doc

一组反常实验现象的初步分析 —镁与碱性溶液反应原理探究 郭裕茂 陶弘清 （浙江省杭州第十四中学 浙江 杭州 310006） 摘要：在探究实验过程中我们发现，用砂纸打磨过的镁条可与NaHCO3溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液等反应，均产生氢气。我们对这一系列现象进行了进一步的理论分析和实验探究，认识到镁条与碱性溶液反应的关键步骤是镁与水电离出的氢离子，然后进一步与溶液中 CO32－、HCO3－、OH－等离子发生作用生成相应产物。 关键词：镁条（片）、碱性溶液、稀溶液、缓冲作用、溶解平衡 1.实验方案设计与现象 1.1实验方案 取三支试管，分别加入相同体积、不同物质的量浓度的NaHCO3溶液、Na2CO3溶液、NaOH溶液，向每支试管中投入长度大小相同的表面擦去氧化膜的镁条，观察实验现象。另外取一支试管加入相同体积的水作为比较。 1.2实验现象记录 表1-1 镁条与不同浓度NaHCO3 溶液的反应 物质的量浓度（mol·L－1） 1.0 0.1 0.01 溶液体积（ml） 1.0 1.0 1.0 实验现象 有大量气泡产生，溶液略有浑浊 有大量气泡产生，溶液有浑浊 有气泡产生，溶液不浑浊 经实验比较镁条与不同浓度NaHCO3 溶液的反应产生气泡的速率大小顺序为：0.1 mol·L－11.0mol·L－10.01 mol·L－1。 表1-2 镁条与不同浓度Na2CO3 溶液的反应 物质的量浓度（mol·L－1） 1.0 0.1 0.01 溶液体积（ml） 1.0 1.0 1.0 实验现象 有少量气泡产生，溶液不浑浊 有气泡产生，溶液不浑浊 略有气泡产生，溶液不浑浊 经实验比较镁条与不同浓度Na2CO3 溶液的反应产生气泡的速率大小顺序为：0.1 mol·L－11.0mol·L－10.01 mol·L－1。 表1-3 镁条与不同浓度NaOH 溶液的反应 物质的量浓度（mol·L－1） 1.0 0.1 0.01 溶液体积（ml） 1.0 1.0 1.0 实验现象 无明显现象 镁条表面有细小气泡，溶液不浑浊 镁条表面有气泡，溶液不浑浊 经实验比较镁条与不同浓度NaOH溶液的反应产生气泡的速率大小顺序为： 0.01 mol·L－10.1mol·L－11.0 mol·L－1。 作为另外参照实验，将打磨过的镁片投入1.0ml水中，现象为镁条表面有细小气泡产生。2.实验的初步探究 利用学校的现有条件，我们对实验产物的成分做了初步的分析。 2.1反应气体的成分分析 重新进行各组反应，将反应现象较为明显的实验组反应所产生的气体，通过玻璃管导入澄清的石灰水中进行测试，发现每组所产生的气体都不能使澄清石灰水变浑浊，表明各组所产生的气体中都不含CO2。然后利用排水集气法将各组反应生成的气体收集于小试管中，进行爆鸣试验，每支试管都出现了爆鸣声，表明实验产生的气体为H2。 2.2反应pH值的变化 重新进行各组反应，在反应前加入酚酞溶液，同时设置滴加酚酞的相同浓度不反应溶液作为空白对照，发现有较明显气泡生成的几组实验与空白对照相比酚酞所显红色均有加深，表明镁条与各组有明显现象的溶液反应都导致了溶液中OH－浓度的升高。从各溶液的情况来分析，对于Na2CO3和NaOH溶液这种升高只能来自于反应生成了OH－，对NaHCO3 溶液来说则应该是CO32－的浓度升高。理论上NaHCO3 溶液中CO32－的浓度升高可能来自于两个方面：一是HCO3－H＋+CO32－过程中电离出的氢离子与镁反应，使平衡向右移动导致CO32－的浓度升高，二是镁与水反应后生成的OH－与HCO3－反应生成了CO32－，使得CO32－的浓度升高。通过相关数据查询显示，=5.6X10-11 [1]，而在一般稀溶液中NaHCO3的氢离子浓度可以用简易计算式。由此可见在NaHCO3溶液中H＋还是主要来自于水的电离。所以镁与实验中溶液反应的核心步骤都可表示为 Mg＋2H＋Mg2＋＋H2。 2.3浑浊沉积物分析 在镁与NaHCO3溶液反应中，可以观察到溶液变浑浊的现象，待至反应完全结束，可以发现镁条表面附着有白色沉积物。将附着有沉积物的镁条取出溶液后用蒸馏水洗涤，然后置于试管中滴加稀盐酸反应，将反应气体通入澄清石灰水中，发现澄清石灰水没有变浑浊。表明反应结束后附着在镁条表面的沉积物并不是MgCO3而是Mg(OH)2。虽然通过数据查询显示=1.8X10-17、=3.5X10-8 [1]，但是值得注意的一点是镁条表面的白色沉积物是在反应减缓后一段时间才沉积到镁条表面的，无法证明反应过程中不一定没有生成MgCO3，有可能生成了MgCO3，但悬浊液中发生了沉淀溶解平衡，MgCO3转化为Mg(OH)2最后沉积在镁条表面。 通过以上三个方面的初步分析我们了解反应的核心步骤和反应的最终产物，但是对反应