化學(xué)鎂鋁與水反應(yīng)現(xiàn)象試驗設(shè)計

　　對于鎂鋁來講，二者均是較活潑的金屬，從其本身所具有的能力來講（內(nèi)因），完全有能力與水發(fā)生置換反應(yīng)放出氫氣（EAl3+/Al=-2.375V、EMg2+/Mg=-1.67V、EH2O/H2=-0.414V）。但事實上，在通常條件下，鎂鋁并不與水反應(yīng)，其原因是因為當(dāng)鎂鋁與水反應(yīng)后，均會生成難溶性的氫氧化鎂和氫氧化鋁，覆蓋在鎂鋁的表面，阻止了內(nèi)部金屬與水的接觸，使金屬“鈍化”，反應(yīng)便停止了。因此在鎂鋁與水進(jìn)行反應(yīng)時，要想使反應(yīng)順利地進(jìn)行，關(guān)鍵是要消除阻止反應(yīng)進(jìn)行的氫氧化鎂和氫氧化鋁這一“保護(hù)層”，滿足了這一條件，鎂鋁就可與水反應(yīng)了。

　　1.對鎂與銨鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)識：

　　鎂能與銨鹽溶液反應(yīng)放出氫氣，上述對內(nèi)外因的關(guān)系分析來看，這首先是由于濃的銨鹽溶液能溶解氫氧化鎂這一“保護(hù)層”：

　　Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3H2O

　　這樣消除了阻止反應(yīng)進(jìn)行的氫氧化鎂，鎂便與水順利地接觸，從而反應(yīng)放出了氫氣：

　　Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑

　　總反應(yīng)為：

　　Mg+2H2O+2NH4+=Mg2++2NH3H2O+H2-↑

　　對于這一反應(yīng)，往往有學(xué)生會錯誤地認(rèn)為這是由于銨離子水解使溶液顯酸性，鎂才與之反應(yīng)放出氫氣，但事實上，鎂還可以與顯中性的醋酸銨溶液反應(yīng)放出氫氣，顯然這一認(rèn)識是錯誤的。由此也不難看出，該反應(yīng)的本質(zhì)是鎂與水進(jìn)行了置換反應(yīng)。

　　2.對鋁與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)的認(rèn)識：

　　鋁能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)放出氫氣，同樣從內(nèi)外因的關(guān)系來看，這首先是由于強(qiáng)堿溶液能夠溶解氫氧化鋁這一“保護(hù)層”：

　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

　　這樣消除了阻止反應(yīng)進(jìn)行的氫氧化鋁，鋁便可與水順利地反應(yīng)了：

　　2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

　　總反應(yīng)式為：

　　2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑

　　通過這樣的分析很容易得出該反應(yīng)的本質(zhì)即是鋁與水發(fā)生了置換反應(yīng)，強(qiáng)堿只是起到了溶解氫氧化鋁，也即創(chuàng)造鋁與水順利反應(yīng)的條件的作用。應(yīng)當(dāng)注意的一點是，在強(qiáng)堿性溶液中，由水電離的氫離子濃度更小，但鋁仍能與之反應(yīng)放出氫氣，可見鋁還是相當(dāng)活潑的。

　　３．設(shè)計在其它條件下讓鎂與水反應(yīng)：

　　對于鎂來講，影響反應(yīng)進(jìn)行的氫氧化鎂在鎂表面的附著能力并不強(qiáng)，因此很容易破壞這種保護(hù)作用，使鎂與水反應(yīng)。如在熱水中，氫氧化鎂便會從鎂表面脫落并部分溶解，所以鎂可與熱水反應(yīng)放出氫氣。而有些物質(zhì)如氯化鈉、氯化鉀等，由于氯離子具有的強(qiáng)的穿透作用，能使氫氧化鎂從鎂表面脫落，這樣失去保護(hù)層的鎂就可與水反應(yīng)了。因此當(dāng)將鎂條放入濃的氯化鈉或氯化鉀溶液中，可看到有氣泡產(chǎn)生。

　　4．設(shè)計在其它條件下讓鋁與水反應(yīng)：

　　對于鋁來講，氫氧化鋁(包括Al2O3)對鋁的保護(hù)作用要比氫氧化鎂強(qiáng)得多，熱水對其無任何影響，氯化鈉、氯化鉀對其的影響也非常小，鋁在其溶液中看不到有什么明顯的變化，長期將鋁置于其溶液中，鋁只是會有一定的腐蝕。但我們?nèi)钥稍O(shè)法消除這種保護(hù)作用而讓鋁與水反應(yīng)。“毛刷試驗”是將用砂布擦拭后的鋁放入硝酸汞溶液中，此時在鋁表面上可置換析出少量汞。由于汞不均勻地吸附于鋁表面，當(dāng)將這樣處理后的鋁放在空氣中，則由于汞的阻礙作用，鋁表面無法形成致密的保護(hù)層，因此內(nèi)部的鋁會不斷地被氧化而長出毛狀的Al2O3，若將這樣處理過的鋁投入水中，同樣由于汞破壞了氫氧化鋁的保護(hù)作用，鋁便與水不斷地反應(yīng)放出氫氣，直至鋁幾乎完全消耗掉，而且在容器底部會有大量白色氫氧化鋁生成。