化學鎂鋁與水反應現(xiàn)象試驗設計

　　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，其原因是因為當鎂鋁與水反應后，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”，反應便停止了。因此在鎂鋁與水進行反應時，要想使反應順利地進行，關鍵是要消除阻止反應進行的氫氧化鎂和氫氧化鋁這一“保護層”，滿足了這一條件，鎂鋁就可與水反應了。

　　1.對鎂與銨鹽溶液反應的認識：

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

　　Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3H2O

　　這樣消除了阻止反應進行的氫氧化鎂，鎂便與水順利地接觸，從而反應放出了氫氣：

　　Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑

　　總反應為：

　　Mg+2H2O+2NH4+=Mg2++2NH3H2O+H2-↑

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

　　2.對鋁與強堿溶液反應的認識：

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

　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

　　這樣消除了阻止反應進行的氫氧化鋁，鋁便可與水順利地反應了：

　　2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

　　總反應式為：

　　2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑

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

　�。常�設計在其它條件下讓鎂與水反應：

　　對于鎂來講，影響反應進行的氫氧化鎂在鎂表面的附著能力并不強，因此很容易破壞這種保護作用，使鎂與水反應。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的穿透作用，能使氫氧化鎂從鎂表面脫落，這樣失去保護層的鎂就可與水反應了。因此當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．設計在其它條件下讓鋁與水反應：

　　對于鋁來講，氫氧化鋁(包括Al2O3)對鋁的保護作用要比氫氧化鎂強得多，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法消除這種保護作用而讓鋁與水反應。“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作用，鋁便與水不斷地反應放出氫氣，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。