創(chuàng)新探索論文：鎂鋁及冷水的反應

1、課題： 鎂、鋁與冷水反應的探究姓名： 王思氬 學號： 10111550105 日期： 2013年12月24日 化教論期末實驗論文鎂、鋁和冷水反應的探究一、選題意義在研究鈉、鎂、鋁與冷水的反應中，通常的實驗結果中都是：鈉能與常溫下的水發(fā)生劇烈反應；鎂在常溫下幾乎不與水發(fā)生反應，但是在加熱的條件下能發(fā)生較和緩的反應；鋁在常溫和加熱的條件下都不發(fā)生反應。三者與水的反應有明顯的差別。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，但是因為彼此相鄰，差異的不應該太大。但是這與三者與水反應明顯的現(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驗的結果有干擾，才會導致三種金屬與水反應的結果差別很大？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：是否因為暴露于空氣中的鈉、鎂、鋁它們生成的氧化物膜的性質差異，所以在與水的反應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的實驗結果？針對這

3、個猜想，筆者設計實驗進行探究。二、 實驗探究（1）鎂與冷水的反應筆者將分步進行探究，第一部分的展開是針對鎂與冷水的反應。1、設計思路如下：因為筆者的猜測是由于金屬表面的氧化膜干擾，才會使反應結果的差異很大，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行探究。再縱向對比，采用同一種去膜方法時，不同的膜表面積大小對實驗結果的影響。在本次實驗中，為探究不同的膜面積大小，筆者選用的是鎂粉與鎂條。在本次實驗中，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)生氣泡的時間進行計時，來研究反應的程度。2.實驗的大體流程是：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，是因為想探究無膜的鎂與水是否能反應，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的依據(jù)； 立即放入B中，是為了排除在水中反應冒氣泡，是因為金屬表面仍然殘留了A，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，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，對其與水反應產(chǎn)生的干擾影響如何。作為上面兩組與水反應的對比）將鎂條換做鎂粉，重復上面的實驗步驟方法（目的是為了探討不同的膜面積大小，用同種去膜方法，對實驗產(chǎn)生的影響。因為相同狀況下，鎂粉的表面積大于鎂條）3、實驗的詳細記錄如下：（一）用鎂條進行實驗

6、實驗步驟 實驗現(xiàn)象1、 無處理時鎂條與蒸餾水的反應將鎂條放入冷水中，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常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀鹽酸中進行處理，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中，并開始計時常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀硫酸中進行處理，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常溫下，用鑷子夾住小片的鎂先在稀硫酸中進行處理，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）用鎂粉進行實驗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、 實驗探究（2）鋁與冷水的反應第二部分的實驗是探究鋁與冷水的反應，設計思路，實驗流程均與鎂條的相同。實驗操作的詳細記錄如下：（一）用鋁箔進行實驗 實驗步驟 實驗現(xiàn)象1.無處理時鋁箔與蒸餾水的反應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（1）常溫下，用鑷子夾住小片的鋁箔先在稀鹽酸中進行處理，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中，并開始計時。（2）常溫下，用鑷子夾住鋁箔先在稀鹽酸中進行處理，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（1）常溫下，用鑷子夾住小片的鋁箔先在氫氧化鈉溶液中進行處理，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中，并開始計時。（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）用鋁粉進行實驗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、 實驗結論總結：在得出總結論之前，筆者需要先對每一步操作的現(xiàn)象而得到的小結論做一個概述，并且列明每個步驟設計的具體意圖：（一）鎂的實驗結論 由現(xiàn)象得結論 設計步驟的目的1.實驗現(xiàn)象結論：（1）不經(jīng)過處理的鎂條在常溫下不與蒸餾水發(fā)生反應（2）鎂條在正常情況下都能與酸發(fā)生反應，并且對鹽酸和硫酸選用，結果并無太大差別。（3）正常情況下，鎂條不能與氫氧化鈉溶液反應。（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（5）用酸處理后，鎂條在氫氧化鈉溶液中發(fā)生的反應，其實是鎂條與常

12、溫下的蒸餾水的反應。（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。但是當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。（6）鎂粉的表面積更大，生成氧化膜的程度更大 因為鎂條無明顯變化而得出結論，此組現(xiàn)象作為對照組。 A 鎂在和鹽酸、硫酸的反應過程中都十分迅速。所以認為，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的影響并無明顯區(qū)別。 B當鎂條表面冒氣泡，可以認為是純鎂進行反應，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的對照組 A將鎂條從酸中取出后，在水中反應了2分鐘，所以可以認為是因為鎂條與水發(fā)生了反應，而不是與表面殘余的酸接著反應。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。認為是鎂條與水發(fā)生了反應 A為了進一步排除鎂條在水中的反應現(xiàn)象是因為表面有殘余酸與鎂條的繼續(xù)作用。因為氫氧化鈉溶液會立即對鎂表面殘余的酸進行中和。B在堿液中反應了2分鐘實質上是鎂與水的反應。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的阻礙效果。因為先在水中能看到大量氣泡，但是一旦鎂暴露于空氣中，

14、反應即可停止。2、通過探究得到的總結論： 通過對每一個步驟分析，以及其相關的小結論，筆者對本次探究實驗中，鎂與冷水反應得到的結論做出總結如下： （1）純凈的鎂條能夠在常溫下與蒸餾水發(fā)生反應生成氫氣。 （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一步反應。 （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一段時間（本實驗為2分鐘）后，反應仍然會停止。這很可能是因為水中的溶解氧再次將鎂條氧化生成氧化膜。不過這個猜測未能在本實驗中得到證實 （二）鋁的實驗結論 由現(xiàn)象得結論 設計步驟的目的1.實驗現(xiàn)象結論：（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（2）鋁箔在正常情況下能與稀鹽酸發(fā)生反應產(chǎn)生氣泡。但是不與稀硫酸發(fā)生反應。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（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。（5）用氫氧化鈉處理后，鋁箔在硫酸溶液中發(fā)生的反應，其實是鋁箔與常溫下的蒸餾水的反應。（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。但是當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。（7）鎂粉的表面積更大，生成氧化膜的程度更大 因為鋁箔無明顯變化而得出結論，此組現(xiàn)象作為對照組。（與后面鋁箔能與常溫蒸餾水發(fā)生反應的對照）A 常溫下，鋁箔能和鹽酸進行速度較適中的反應，但是卻不能與硫酸反應。 B當鋁箔表面冒氣泡，可以認為是鋁箔進行反應，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，在水中反應了2分鐘，所以可以認為是因為鋁箔與水發(fā)生了反應，而不是與表面殘余的

17、酸接著反應。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。認為是鋁箔與水發(fā)生了反應 A將鋁箔從氫氧化鈉溶液中取出后，在水中反應了約2分鐘，所以可以認為是因為鋁箔與水發(fā)生了反應，而不是與表面殘余的氫氧化鈉接著反應。A為了進一步排除上一個步驟中鋁箔在水中的反應現(xiàn)象是因為表面有殘余氫氧化鈉與鋁箔的繼續(xù)作用。因為硫酸溶液會立即對鋁箔表面殘余的酸進行中和。B在稀硫酸中反應了2分鐘實質上是鋁箔與水的反應。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的阻礙效果。因為先在水中能看到大量氣泡，但是一旦鋁箔暴露于空氣中，反應即可停止。2、通過探究得到的總結論： 同樣地，筆者也對

18、鋁與冷水的反應探究做出以下結論： （1）純凈的鋁箔能夠在常溫下與蒸餾水發(fā)生反應生成氫氣。 （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一步反應。 （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一段時間（本實驗為2分鐘）后，反應仍然會停止。這很可能是因為水中的溶解氧再次將鋁箔氧化生成氧化膜。不過這個猜測未能在本實驗中得到證實（三） 鎂鋁的性質比較 通過上面的結論，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。下面筆者將這對這些異同點展開一定的總結和討論：1.鎂鋁結論的相同點與解釋：（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，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一步反應（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)生反應生成氫氣。（4） 在蒸餾水中反應一段時間以后，鎂鋁都將被水中的溶解氧二次氧化而使反應停止。2.鎂、鋁結論的區(qū)別與解釋：鎂可