探究性实验设计
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NH4++H2O=NH3H2O+H +，Mg + 2H+=M g2++H2。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NH4+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NH4+水解使溶液先酸性导致，而是NH4+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 +2NH4+= Mg2++2NH3 H2O，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+ 2NH4+ +2H2O=Mg2++2NH3 H2O+H2，后来溶液碱性增强后，又有Mg(OH)2生成，Mg2++2 NH3 H2O=
+
Mg(OH)2+2NH4，但沉淀并非在镁的表满产生，此时反应的继续可与认为NH4+充当了镁与水的反应的催化剂，Mg+2H2O= Mg(OH)2+ H2。
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NH4+与Cl-都使反应有利进行，本质仍为镁与水的置换反应。
3.NH4+ 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H2O、酸(HA) 、NH3 为例说明于下。
H2O 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:
H2O + H2O → H3O+ + 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: H2O + HA→ H3O+ + 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
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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 + 2H3O+ =Mg2 + + 2H2O + H2 ↑
NH3 溶于水的离解是NH3 和H2O 的质子转移作用:
NH3 + H2O → NH4+ + OH- (碱1) (酸1) (酸2) (碱2)
作为溶剂的水起着酸的作用, NH4+也应是酸,这就是NH4+ 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：NH4+的作用 设想3：Cl-的作用
四、实验设计方案
实验药品：镁粉，NH4Cl固体， CH3COONH4固体， NH4NO3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。
在盛有4.0mL1.0mol/L NH4Cl溶液中加入0.50g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3.0 mL 1.0 mol/L CH3COONH4溶液和3.0 mL 1.0 mol/LNH4NO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉，观察现象。由于CH3COONH4溶液是中性的，如果NH4NO3溶液中有大量气泡产生，但CH3COONH4溶液中无气泡产生，则说明是NH4+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：NH4+的作用
在盛有3.0 mL 1.0 mol/L NH4NO3溶液和3.0 mL 1.0 mol/LKNO3溶液的2支试管中分别加入0.20g镁粉.观察现象。如果NH4NO3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3.0 mL 1.0 mol/LNaCl溶液和3.0 mL 1.0 mol/LKNO3溶液的2支试
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管中分别加入0.20g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 在盛有4.0mL1.0mol/L NH4Cl 溶液显酸性。分析NH4Cl溶液（左试管）中化学教科书中都有这样加入0.50g镁粉，在出气的数据:0. 1 mol/L NH4Cl 管口用湿润的红色石蕊溶液的pH= 5.3 ,1 mol/L 试纸检验试管口产生的NH4Cl 溶液的pH = 4. 63 ,气体，观察试纸颜色变足可以溶解Mg (OH) 2 沉化；用排水法收集一小试淀。把镁条浸放在NH4Cl 管产生的气体, 靠近酒溶液中,自然可以观察到精灯,仔细听爆鸣声。 有比把Mg 条浸放在水中 在4mlH2O（右试管）中加快得多的H2 气泡产生。 入0.50gMg粉反应，进行左试管是NH4Cl与Mg反试纸变蓝，说明有氨气对比。 应现象，反应剧烈，产生生成。 大量白色絮状沉淀，放出可以听到爆鸣声，说明大量热。 有氢气 右试管是H2O与Mg反应 现象，反应缓慢，产生少结论：镁和氯化铵溶液量气泡，试管壁发热。 产生的气体不全是氢气， 还有氨气 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3
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近火焰，可以听到爆鸣声 （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3.0 mL 1.0 CH3COONH4溶液（左试两试管反应都很剧烈，说mol/L CH3COONH4溶液和管）与NH4NO3溶液（右试明NH4NO3 水解产生的H+ 3.0 mL 1.0 mol/LNH4NO3管）分别和Mg粉反应 对反应的影响甚小，主要溶液的2支试管中分别加 是NH4+ 对反应影响。入0.20g镁粉，观察现象。CH3COONH4溶液与Mg粉反由于CH3COONH4溶液是中应，产生泡沫，逐渐上升，性的，如果NH4NO3溶液中而NH4NO3溶液与Mg粉反应有大量气泡产生，但并没有泡沫，可能是溶液CH3COONH4溶液中无气泡的粘稠程度不一样，产生产生，则说明是NH4+水解泡沫效果。可能是CH3COO- 产生的H+与镁反应，使其影响。 反应速率加快。若都有大 量气泡产生，则这个设想 不成立。 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NH4NO3溶 液与Mg反应产生的气泡 不能形成泡沫 2.为了排除CH3COO- 的影CH3COONa溶液和H2 O都与响，增做了CH3COONa和Mg反应，产生Mg（OH）2 。H2 O分别于Mg反应的探究反应程度一样，说明不是 实验 CH3COO- 影响反应速率。 结论：H2 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。 反应程度一样
设想2：NH4+ 起氧化剂的作用
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实验3 实验3内容 实验现象 分析与结论 在盛有3.0 mL 1.0 mol/L NH4NO3溶液（左试管）和 NH4NO3溶液（左试管）和 NH4NO3溶液和3.0 mL 1.0 KNO3溶液（右试管）分别KNO3溶液（右试管）分别mol/LKNO3溶液的2支试与Mg粉反应 与Mg粉反应 ，排除阴离管中分别加入0.20g镁子的影响，NH4NO3溶液（左粉.观察现象。如果NH4NO3试管）与Mg反应剧烈，溶液中有大量气泡产生，说明NH4+ 起氧化剂的作用 但KNO3溶液中无气泡产 生，则说明是铵离子的作结论：NH4+ 起氧化剂的作用。如果两者的反应速率用 相当，则设想不正确。 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3.0 mL 1.0 NaCl溶液（左试管）和 反应速率几乎一样，说明 mol/LNaCl溶液和3.0 mL KNO3溶液（右试管）分别Cl- 对反应速率的贡献几1.0 mol/LKNO3溶液的2与Mg反应 乎没有。 支试管中分别加入0.20g 镁粉.观察现象。如果结论：Cl- 不是起催化的NaCl溶液中有大量气泡作用 产生，但KNO3溶液中无气 泡产生，则说明是氯离子的作用。 反应速率几乎一样 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NH4+ 水解使溶液显酸性导致（CH3 COONH4 溶液为中性），而是NH4+ 直接Mg（OH）2 作用使其溶解，消除了“保护层”，反应式为Mg（OH）2 +2NH4+ = Mg2+ +2NH3·H2O ，这样镁便与水接
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