創(chuàng)新探索論文：鎂鋁及冷水的反應(yīng)

1、課題： 鎂、鋁與冷水反應(yīng)的探究姓名： 王思?xì)?學(xué)號： 10111550105 日期： 2013年12月24日 化教論期末實(shí)驗(yàn)論文鎂、鋁和冷水反應(yīng)的探究一、選題意義在研究鈉、鎂、鋁與冷水的反應(yīng)中，通常的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中都是：鈉能與常溫下的水發(fā)生劇烈反應(yīng)；鎂在常溫下幾乎不與水發(fā)生反應(yīng)，但是在加熱的條件下能發(fā)生較和緩的反應(yīng)；鋁在常溫和加熱的條件下都不發(fā)生反應(yīng)。三者與水的反應(yīng)有明顯的差別。對此現(xiàn)象，大量的解釋是由于三者金屬活性的差別，引起與水反應(yīng)活性不同。但是，筆者通過觀察金屬活動順序表：K（鉀）、Ca（鈣）、Na（鈉）、Mg（鎂）、Al（鋁）、Zn（鋅）、Fe（鐵）、Sn（錫）、Pb（鉛）、【H】（氫）、

2、Cu（銅）、Hg（貢）、Ag（銀）、Pt（鉑）、Au（金）注：H以前是活潑金屬，H以后是不活潑金屬由該表中可以看出，鈉鎂鋁的金屬活性雖然依次降低，但是因?yàn)楸舜讼噜?，差異的不?yīng)該太大。但是這與三者與水反應(yīng)明顯的現(xiàn)象差別存在一定矛盾。由此引發(fā)筆者思考：中間是否存在某些因素對實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有干擾，才會導(dǎo)致三種金屬與水反應(yīng)的結(jié)果差別很大？通過查閱資料得知：在常溫下，鈉鎂鋁都很活潑，容易和空氣接觸在表面生成氧化物。其中氧化鎂和氧化鋁的膜比較密集。從而筆者思考：是否因?yàn)楸┞队诳諝庵械拟c、鎂、鋁它們生成的氧化物膜的性質(zhì)差異，所以在與水的反應(yīng)時受到干擾的程度不同，才沒能得出鈉鎂鋁純金屬與冷水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果？針對這

3、個猜想，筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。二、 實(shí)驗(yàn)探究（1）鎂與冷水的反應(yīng)筆者將分步進(jìn)行探究，第一部分的展開是針對鎂與冷水的反應(yīng)。1、設(shè)計(jì)思路如下：因?yàn)楣P者的猜測是由于金屬表面的氧化膜干擾，才會使反應(yīng)結(jié)果的差異很大，所以，首先要控制金屬的表面積這個變量，采用不同的去膜方法進(jìn)行探究。再縱向?qū)Ρ龋捎猛环N去膜方法時，不同的膜表面積大小對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在本次實(shí)驗(yàn)中，為探究不同的膜面積大小，筆者選用的是鎂粉與鎂條。在本次實(shí)驗(yàn)中，為探究去膜方法的效果，筆者選用的藥品是酸（又分鹽酸和硫酸，前提：均是非氧化性稀酸）、堿液（稀氫氧化鈉溶液）為了明顯看到結(jié)果，本次選用的空白對照組以及去膜后的比較組均是：常溫下的蒸餾水

4、。并且通過對產(chǎn)生氣泡的時間進(jìn)行計(jì)時，來研究反應(yīng)的程度。2.實(shí)驗(yàn)的大體流程是：將不經(jīng)過處理的鎂條分別加入到水、酸、堿中（其中，水的組作為空白對照組，酸和堿的組是為了根據(jù)出氣泡的狀況，判定哪種物質(zhì)可以除去氧化膜，讓純金屬鎂露出來） 將看見有冒氣泡的鎂條組A浸泡一段時間后，立即放入到水中，和之前不與鎂條反應(yīng)的、并且于A液酸堿性相反的溶液B中，觀察現(xiàn)象，并記錄產(chǎn)生氣泡的時間（當(dāng)鎂條在A中冒氣泡，說明已經(jīng)除去表面氧化膜，立即放入水中，是因?yàn)橄胩骄繜o膜的鎂與水是否能反應(yīng)，以是否產(chǎn)生氣泡和氣泡的產(chǎn)生時間作為判斷是否能與冷水反應(yīng)的依據(jù)； 立即放入B中，是為了排除在水中反應(yīng)冒氣泡，是因?yàn)榻饘俦砻嫒匀粴埩袅薃，所

5、以用B與其中和，排除該干擾可能） 將看見在A中冒氣泡的鎂條立即置于水中，觀察現(xiàn)象，在鎂條在水中仍舊能產(chǎn)生大量氣泡時，立即將鎂條取出暴露于空氣中2-3s,再次投入水中，觀察前后現(xiàn)象的區(qū)別。（冒氣泡的鎂條，說明氧化膜已經(jīng)除去，立即置于冷水中，是為了觀察其與水的反應(yīng)，立即暴露在空氣中2-3秒，再置入水中，是為了觀察，在2-3秒之間，空氣將鎂條氧化的情況，對其與水反應(yīng)產(chǎn)生的干擾影響如何。作為上面兩組與水反應(yīng)的對比）將鎂條換做鎂粉，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)步驟方法（目的是為了探討不同的膜面積大小，用同種去膜方法，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響。因?yàn)橄嗤瑺顩r下，鎂粉的表面積大于鎂條）3、實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)記錄如下：（一）用鎂條進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

6、實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1、 無處理時鎂條與蒸餾水的反應(yīng)將鎂條放入冷水中，觀察現(xiàn)象。將鎂條放入熱水中持續(xù)加熱。無明顯現(xiàn)象鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡2、 無處理時鎂條與酸的反應(yīng)將鎂條放入稀鹽酸溶液中，觀察現(xiàn)象將鎂條放入稀硫酸溶液中，觀察現(xiàn)象鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡3、 無處理時鎂條與氫氧化鈉的反應(yīng)將鎂條放入氫氧化鈉溶液中，觀察現(xiàn)象 鎂條表面無明顯現(xiàn)象4、 用酸處理過的鎂條與常溫蒸餾水的反應(yīng)常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀鹽酸中進(jìn)行處理，待鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下的小片鎂條置入常溫下的蒸餾水當(dāng)中，并開始計(jì)時常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀硫酸中進(jìn)行處理，待鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即

7、將剩下的小片鎂條置入常溫下的蒸餾水當(dāng)中。20s后再將鎂條取出置于空氣中，3s后立即將鎂條再次置于蒸餾水中。蒸餾時中的鎂條表面立即產(chǎn)生氣泡，由于氣泡的產(chǎn)生，鎂條在蒸餾水中上下緩慢游動，并且此現(xiàn)象持續(xù)了2分鐘。鎂條在稀硫酸中產(chǎn)生大量氣泡。 鎂條在蒸餾水中持續(xù)產(chǎn)生一定量的氣泡 鎂條在空氣中幾秒鐘后再置于蒸餾水中，鎂條沉入水底，表面無氣泡，無明顯現(xiàn)象。5、 用酸處理過的鎂條在氫氧化鈉溶液中的反應(yīng)常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀硫酸中進(jìn)行處理，待鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下的小片鎂條置入氫氧化鈉溶液當(dāng)中。鎂條在堿溶液中繼續(xù)冒氣泡，并且能夠持續(xù)1分鐘 （二）用鎂粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)取等量的鎂粉加入到不同的樣品

8、液中，觀察現(xiàn)象。樣品液稀硫酸溶液稀鹽酸溶液常溫蒸餾水氫氧化鈉溶液現(xiàn)象立即產(chǎn)生大量氣泡立即產(chǎn)生大量氣泡無明顯現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象 三、 實(shí)驗(yàn)探究（2）鋁與冷水的反應(yīng)第二部分的實(shí)驗(yàn)是探究鋁與冷水的反應(yīng)，設(shè)計(jì)思路，實(shí)驗(yàn)流程均與鎂條的相同。實(shí)驗(yàn)操作的詳細(xì)記錄如下：（一）用鋁箔進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)步驟 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1.無處理時鋁箔與蒸餾水的反應(yīng)將鋁箔放入常溫下的蒸餾水中將鋁箔放入熱水中持續(xù)加熱 無明顯現(xiàn)象 鋁箔表面無明顯現(xiàn)象2.無處理時鎂條與酸的反應(yīng)將鋁箔放入稀鹽酸溶液中，觀察現(xiàn)象將鋁箔放入稀硫酸溶液中，觀察現(xiàn)象5秒后產(chǎn)生少量氣，隨時間增加氣泡量增多，一段時間后趨于穩(wěn)定。無明顯現(xiàn)象3.無處理時鎂條與氫氧化鈉的反應(yīng)將鋁箔

9、放入氫氧化鈉溶液中，觀察現(xiàn)象鋁箔表面先無明顯現(xiàn)象，5秒鐘后鋁箔表面產(chǎn)生氣泡。產(chǎn)生氣泡的速度隨時間的延長而增加，一段時間后趨于穩(wěn)定。4.用鹽酸處理過的鋁箔與常溫蒸餾水的反應(yīng)（1）常溫下，用鑷子夾住小片的鋁箔先在稀鹽酸中進(jìn)行處理，待鋁箔表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下的鋁箔置入常溫下的蒸餾水當(dāng)中，并開始計(jì)時。（2）常溫下，用鑷子夾住鋁箔先在稀鹽酸中進(jìn)行處理，待鋁箔表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下鋁箔條置入常溫下的蒸餾水當(dāng)中。20s后再將鋁箔取出，3s后立即將鋁箔再次置于蒸餾水中。鋁箔表面產(chǎn)生氣泡，由于氣泡的產(chǎn)生，鋁箔在蒸餾水中上下緩慢游動，并且此現(xiàn)象持續(xù)了2：10min。 鋁箔在稀鹽酸中產(chǎn)生大量氣泡。

10、鋁箔在蒸餾水中持續(xù)產(chǎn)生一定量的氣泡 鋁箔在空氣中幾秒鐘后再置于蒸餾水中，沉入水底，表面無氣泡，無明顯現(xiàn)象。5.用氫氧化鈉溶液處理過的鋁箔與常溫蒸餾水的反應(yīng)（1）常溫下，用鑷子夾住小片的鋁箔先在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行處理，待鎂條表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下的小片鎂條置入常溫下的蒸餾水當(dāng)中，并開始計(jì)時。（2）常溫下，用鑷子夾住小片的鋁箔先在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行處理，待鋁箔表面產(chǎn)生大量氣泡后，立即將剩下的鋁箔置入稀硫酸中，并開始計(jì)時。在蒸餾水中鋁箔表面產(chǎn)生氣泡，由于氣泡的產(chǎn)生，鋁箔中上下緩慢游動，并且此現(xiàn)象持續(xù)了2分鐘。 現(xiàn)象與置于蒸餾水中極為相似。（二）用鋁粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)取等量的鋁粉加入到不同的樣品液中，

11、觀察現(xiàn)象。樣品液稀硫酸溶液稀鹽酸溶液常溫蒸餾水氫氧化鈉溶液現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象無明顯現(xiàn)象立即產(chǎn)生大量氣泡 四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)：在得出總結(jié)論之前，筆者需要先對每一步操作的現(xiàn)象而得到的小結(jié)論做一個概述，并且列明每個步驟設(shè)計(jì)的具體意圖：（一）鎂的實(shí)驗(yàn)結(jié)論 由現(xiàn)象得結(jié)論 設(shè)計(jì)步驟的目的1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論：（1）不經(jīng)過處理的鎂條在常溫下不與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)（2）鎂條在正常情況下都能與酸發(fā)生反應(yīng)，并且對鹽酸和硫酸選用，結(jié)果并無太大差別。（3）正常情況下，鎂條不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。（4）用酸處理后，除去表面氧化膜的鎂條能夠在常溫下與蒸餾水反應(yīng)（5）用酸處理后，鎂條在氫氧化鈉溶液中發(fā)生的反應(yīng)，其實(shí)是鎂條與常

12、溫下的蒸餾水的反應(yīng)。（6）用鹽酸處理后的鋁箔立即放入常溫下的蒸餾水中，二者能夠反應(yīng)。但是當(dāng)將鋁箔取出后置于空氣中幾秒鐘，再次投入蒸餾水中，立即沒有氣泡，與不經(jīng)處理的鎂條置于水中的對照組的現(xiàn)象完全一致。說明鎂條極易被空氣氧化生成膜，從而阻止了其與蒸餾水的反應(yīng)。（6）鎂粉的表面積更大，生成氧化膜的程度更大 因?yàn)殒V條無明顯變化而得出結(jié)論，此組現(xiàn)象作為對照組。 A 鎂在和鹽酸、硫酸的反應(yīng)過程中都十分迅速。所以認(rèn)為，在保證氫離子濃度等其他條件一致時，硫酸或鹽酸的選用對鎂條的反應(yīng)的影響并無明顯區(qū)別。 B當(dāng)鎂條表面冒氣泡，可以認(rèn)為是純鎂進(jìn)行反應(yīng)，即：可以用鹽酸和硫酸除去鎂表面的氧化膜C本步驟是為了找尋除去鎂

13、表面氧化膜的方法。 A鎂條在氫氧化鈉溶液中并無明顯現(xiàn)象。 B作為后面除去氧化膜的鎂在氫氧化鈉溶液中反應(yīng)的對照組 A將鎂條從酸中取出后，在水中反應(yīng)了2分鐘，所以可以認(rèn)為是因?yàn)殒V條與水發(fā)生了反應(yīng)，而不是與表面殘余的酸接著反應(yīng)。B并且由于本次使用的蒸餾水約有20毫升，所以可以近似忽略鎂條表面殘余的酸。認(rèn)為是鎂條與水發(fā)生了反應(yīng) A為了進(jìn)一步排除鎂條在水中的反應(yīng)現(xiàn)象是因?yàn)楸砻嬗袣堄嗨崤c鎂條的繼續(xù)作用。因?yàn)闅溲趸c溶液會立即對鎂表面殘余的酸進(jìn)行中和。B在堿液中反應(yīng)了2分鐘實(shí)質(zhì)上是鎂與水的反應(yīng)。這個步驟更加好地證明了氧化膜對于鎂在常溫下與水反應(yīng)的阻礙效果。因?yàn)橄仍谒心芸吹酱罅繗馀荩且坏╂V暴露于空氣中，

14、反應(yīng)即可停止。2、通過探究得到的總結(jié)論： 通過對每一個步驟分析，以及其相關(guān)的小結(jié)論，筆者對本次探究實(shí)驗(yàn)中，鎂與冷水反應(yīng)得到的結(jié)論做出總結(jié)如下： （1）純凈的鎂條能夠在常溫下與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。 （2）對于鎂而言，硫酸和鹽酸均可以除去其表面的氧化膜。 （3）鎂條暴露在空氣中極易被氧化，生成的氧化膜會阻止鎂條與常溫蒸餾水的進(jìn)一步反應(yīng)。 （4）就算用酸除去了鎂表面的氧化膜，但是其在蒸餾水中反應(yīng)一段時間（本實(shí)驗(yàn)為2分鐘）后，反應(yīng)仍然會停止。這很可能是因?yàn)樗械娜芙庋踉俅螌㈡V條氧化生成氧化膜。不過這個猜測未能在本實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí) （二）鋁的實(shí)驗(yàn)結(jié)論 由現(xiàn)象得結(jié)論 設(shè)計(jì)步驟的目的1.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論：（1

15、）不經(jīng)過處理的鋁箔在常溫下不與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)（2）鋁箔在正常情況下能與稀鹽酸發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氣泡。但是不與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)。所以只能用稀鹽酸來除去鋁箔表面的氧化膜。（3）鋁箔可以和氫氧化鈉溶液迅速反應(yīng)生成氫氣。（4）用稀鹽酸處理后，除去表面氧化膜的鋁箔能夠在常溫下與蒸餾水反應(yīng)（5）用氫氧化鈉溶液處理后，除去氧化膜的鋁箔在常溫下與蒸餾水能反應(yīng)。（5）用氫氧化鈉處理后，鋁箔在硫酸溶液中發(fā)生的反應(yīng)，其實(shí)是鋁箔與常溫下的蒸餾水的反應(yīng)。（6）用鹽酸處理后的鋁箔立即放入常溫下的蒸餾水中，二者能夠反應(yīng)。但是當(dāng)將鋁箔取出后置于空氣中幾秒鐘，再次投入蒸餾水中，立即沒有氣泡，與不經(jīng)處理的鋁箔置于蒸餾水中的對照組的現(xiàn)象完

16、全一致。說明鋁箔極易被空氣氧化生成膜，從而阻止了其與蒸餾水的反應(yīng)。（7）鎂粉的表面積更大，生成氧化膜的程度更大 因?yàn)殇X箔無明顯變化而得出結(jié)論，此組現(xiàn)象作為對照組。（與后面鋁箔能與常溫蒸餾水發(fā)生反應(yīng)的對照）A 常溫下，鋁箔能和鹽酸進(jìn)行速度較適中的反應(yīng)，但是卻不能與硫酸反應(yīng)。 B當(dāng)鋁箔表面冒氣泡，可以認(rèn)為是鋁箔進(jìn)行反應(yīng)，即：可以用鹽酸除去鎂表面的氧化膜，但不能用稀硫酸C本步驟是為了找尋除去鎂表面氧化膜的方法。 A 可用氫氧化鈉溶液除去鋁箔表面的氧化膜，B本步驟也是為了找尋除去鎂表面氧化膜的方法。 A將鋁箔從稀鹽酸中取出后，在水中反應(yīng)了2分鐘，所以可以認(rèn)為是因?yàn)殇X箔與水發(fā)生了反應(yīng)，而不是與表面殘余的

17、酸接著反應(yīng)。B并且由于本次使用的蒸餾水約有20毫升，所以可以近似忽略鋁箔表面殘余的鹽酸。認(rèn)為是鋁箔與水發(fā)生了反應(yīng) A將鋁箔從氫氧化鈉溶液中取出后，在水中反應(yīng)了約2分鐘，所以可以認(rèn)為是因?yàn)殇X箔與水發(fā)生了反應(yīng)，而不是與表面殘余的氫氧化鈉接著反應(yīng)。A為了進(jìn)一步排除上一個步驟中鋁箔在水中的反應(yīng)現(xiàn)象是因?yàn)楸砻嬗袣堄鄽溲趸c與鋁箔的繼續(xù)作用。因?yàn)榱蛩崛芤簳⒓磳︿X箔表面殘余的酸進(jìn)行中和。B在稀硫酸中反應(yīng)了2分鐘實(shí)質(zhì)上是鋁箔與水的反應(yīng)。這個步驟更加好地證明了氧化膜對于鎂在常溫下與水反應(yīng)的阻礙效果。因?yàn)橄仍谒心芸吹酱罅繗馀荩且坏╀X箔暴露于空氣中，反應(yīng)即可停止。2、通過探究得到的總結(jié)論： 同樣地，筆者也對

18、鋁與冷水的反應(yīng)探究做出以下結(jié)論： （1）純凈的鋁箔能夠在常溫下與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。 （2）對于鋁而言，鹽酸和氫氧化鈉可以除去其表面的氧化膜，但是稀硫酸不可以。 （3）鋁暴露在空氣中極易被氧化，生成的氧化膜會阻止鋁與常溫蒸餾水的進(jìn)一步反應(yīng)。 （4）就算用鹽酸或氫氧化鈉除去了鋁箔表面的氧化膜，但是其在蒸餾水中反應(yīng)一段時間（本實(shí)驗(yàn)為2分鐘）后，反應(yīng)仍然會停止。這很可能是因?yàn)樗械娜芙庋踉俅螌X箔氧化生成氧化膜。不過這個猜測未能在本實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)（三） 鎂鋁的性質(zhì)比較 通過上面的結(jié)論，筆者發(fā)現(xiàn)，鎂、鋁在與冷的蒸餾水中，采用的去膜方法及效果均存在一些異同點(diǎn)。下面筆者將這對這些異同點(diǎn)展開一定的總結(jié)和討論：1.鎂鋁結(jié)論的相同點(diǎn)與解釋：（1） 在常溫下，未經(jīng)過處理的鎂和鋁都不與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)，這是由于它們都十分活潑，在空氣中極易形成一層氧化膜，阻止了金屬和水的進(jìn)一步反應(yīng)（2） 鹽酸均可以去除鎂、鋁外表面的氧化膜，使純凈的金屬單質(zhì)暴露出來（3） 經(jīng)過去膜處理的鎂、鋁都可以在常溫下與蒸餾水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。（4） 在蒸餾水中反應(yīng)一段時間以后，鎂鋁都將被水中的溶解氧二次氧化而使反應(yīng)停止。2.鎂、鋁結(jié)論的區(qū)別與解釋：鎂可