鎂與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)初探

吳文中

摘要：一次偶然的學(xué)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬鎂能和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)，原因何在？文章從化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩方面研究表明：碳酸氫根離子對氫氧化鎂保護(hù)膜的破壞及碳酸氫鈉溶液的緩沖溶液的特征保證了鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的可持續(xù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鎂；碳酸氫鈉；保護(hù)膜；動(dòng)力學(xué)機(jī)理

文章編號：1008-0546（2014）10-0081-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

段昌平[1]的論文中提到：實(shí)驗(yàn)中有一學(xué)生從實(shí)驗(yàn)老師那里要來鎂片，用砂紙擦去其表面氧化膜后，分別加入濃度均為1.0 mol/L的氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉3種溶液，驚訝地發(fā)現(xiàn)，鎂片竟在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡。

學(xué)者周星[2]等關(guān)于低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中闡述了鎂/水反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征以及銨根離子離子對低溫鎂/水反應(yīng)的催化作用機(jī)理，該機(jī)理對解釋鎂為什么能與碳酸氫鈉溶液發(fā)生具有借鑒作用。

本文以鎂與水反應(yīng)為研究對象，討論添加劑（硫酸、氯化銨、碳酸氫鈉溶液）都能加快鎂與水反應(yīng)的化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)原因后，認(rèn)為碳酸氫根離子破壞了金屬鎂表面的氫氧化鎂是鎂和碳酸氫鈉溶液能發(fā)生反應(yīng)的主要原因。

一、問題的提出

顯然，吸附在金屬表面的氫氧化鎂可以溶解在碳酸氫鈉溶液中，最后和碳酸氫鈉溶液中碳酸根離子或氫氧根離子發(fā)生沉淀反應(yīng)得到氫氧化鎂和碳酸鎂混合物。

對于反應(yīng)（3），依據(jù)溶度積規(guī)則，該反應(yīng)的反應(yīng)商為：Qc=碳酸氫根離子濃度越大，Qc越小，則該反應(yīng)程度越大。

碰巧的是，碳酸氫鈉溶液本身是一個(gè)緩沖溶液[4]，碳酸氫鈉溶液濃度在不太小的情況下，其pH始終在8.31左右，從而保證了H+一定的氧化性，使鎂和NaHCO3溶液持續(xù)不斷地發(fā)生反應(yīng)得到氫氣。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

用砂紙擦去鎂片表面的氧化膜后，分別加入濃度均1.0mol/L的碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種溶液中發(fā)現(xiàn)，鎂片在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡并有白色不溶物產(chǎn)生。鎂片在碳酸鈉溶液中無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，該氣體是氫氣。（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見上圖，右側(cè)為鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的情景，左側(cè)為鋁和碳酸氫鈉溶液混合體系）

五、結(jié)論

（1）在碳酸鈉溶液中，碳酸根離子濃度更大，更能有效降低鎂離子濃度，從熱力學(xué)角度上說，反應(yīng)程度更大，但鎂卻不能和碳酸鈉溶液反應(yīng)，這是因?yàn)樘妓岣x子無法破壞金屬鎂表面的氫氧化鎂保護(hù)膜，從動(dòng)力學(xué)角度上說，反應(yīng)無法持續(xù)進(jìn)行。

（3）鎂和碳酸氫鈉溶液的沉淀物，到底是碳酸鎂還是氫氧化鎂，還是堿式碳酸鎂[xMgCO3·yMg（OH）2]有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 段昌平. 探究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)——鎂與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣[J]. 化學(xué)教育，2012，（8）

[2] 周星，張煒，郭洋，姜本正. 低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 固體火箭技術(shù)，2011，34（1）

[3] 李永常. 試論氫超電勢[J]. 天津化工，2003，17（2）

[4] 李俊生. 碳酸氫鈉溶液在開放體系中離子濃度相對大小的研究[J]. 河北理科教學(xué)研究，2007，（3）endprint

摘要：一次偶然的學(xué)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬鎂能和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)，原因何在？文章從化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩方面研究表明：碳酸氫根離子對氫氧化鎂保護(hù)膜的破壞及碳酸氫鈉溶液的緩沖溶液的特征保證了鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的可持續(xù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鎂；碳酸氫鈉；保護(hù)膜；動(dòng)力學(xué)機(jī)理

文章編號：1008-0546（2014）10-0081-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

段昌平[1]的論文中提到：實(shí)驗(yàn)中有一學(xué)生從實(shí)驗(yàn)老師那里要來鎂片，用砂紙擦去其表面氧化膜后，分別加入濃度均為1.0 mol/L的氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉3種溶液，驚訝地發(fā)現(xiàn)，鎂片竟在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡。

學(xué)者周星[2]等關(guān)于低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中闡述了鎂/水反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征以及銨根離子離子對低溫鎂/水反應(yīng)的催化作用機(jī)理，該機(jī)理對解釋鎂為什么能與碳酸氫鈉溶液發(fā)生具有借鑒作用。

本文以鎂與水反應(yīng)為研究對象，討論添加劑（硫酸、氯化銨、碳酸氫鈉溶液）都能加快鎂與水反應(yīng)的化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)原因后，認(rèn)為碳酸氫根離子破壞了金屬鎂表面的氫氧化鎂是鎂和碳酸氫鈉溶液能發(fā)生反應(yīng)的主要原因。

一、問題的提出

顯然，吸附在金屬表面的氫氧化鎂可以溶解在碳酸氫鈉溶液中，最后和碳酸氫鈉溶液中碳酸根離子或氫氧根離子發(fā)生沉淀反應(yīng)得到氫氧化鎂和碳酸鎂混合物。

對于反應(yīng)（3），依據(jù)溶度積規(guī)則，該反應(yīng)的反應(yīng)商為：Qc=碳酸氫根離子濃度越大，Qc越小，則該反應(yīng)程度越大。

碰巧的是，碳酸氫鈉溶液本身是一個(gè)緩沖溶液[4]，碳酸氫鈉溶液濃度在不太小的情況下，其pH始終在8.31左右，從而保證了H+一定的氧化性，使鎂和NaHCO3溶液持續(xù)不斷地發(fā)生反應(yīng)得到氫氣。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

用砂紙擦去鎂片表面的氧化膜后，分別加入濃度均1.0mol/L的碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種溶液中發(fā)現(xiàn)，鎂片在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡并有白色不溶物產(chǎn)生。鎂片在碳酸鈉溶液中無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，該氣體是氫氣。（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見上圖，右側(cè)為鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的情景，左側(cè)為鋁和碳酸氫鈉溶液混合體系）

五、結(jié)論

（1）在碳酸鈉溶液中，碳酸根離子濃度更大，更能有效降低鎂離子濃度，從熱力學(xué)角度上說，反應(yīng)程度更大，但鎂卻不能和碳酸鈉溶液反應(yīng)，這是因?yàn)樘妓岣x子無法破壞金屬鎂表面的氫氧化鎂保護(hù)膜，從動(dòng)力學(xué)角度上說，反應(yīng)無法持續(xù)進(jìn)行。

（3）鎂和碳酸氫鈉溶液的沉淀物，到底是碳酸鎂還是氫氧化鎂，還是堿式碳酸鎂[xMgCO3·yMg（OH）2]有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 段昌平. 探究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)——鎂與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣[J]. 化學(xué)教育，2012，（8）

[2] 周星，張煒，郭洋，姜本正. 低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 固體火箭技術(shù)，2011，34（1）

[3] 李永常. 試論氫超電勢[J]. 天津化工，2003，17（2）

[4] 李俊生. 碳酸氫鈉溶液在開放體系中離子濃度相對大小的研究[J]. 河北理科教學(xué)研究，2007，（3）endprint

摘要：一次偶然的學(xué)生實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)金屬鎂能和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)，原因何在？文章從化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)兩方面研究表明：碳酸氫根離子對氫氧化鎂保護(hù)膜的破壞及碳酸氫鈉溶液的緩沖溶液的特征保證了鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的可持續(xù)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：鎂；碳酸氫鈉；保護(hù)膜；動(dòng)力學(xué)機(jī)理

文章編號：1008-0546（2014）10-0081-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

段昌平[1]的論文中提到：實(shí)驗(yàn)中有一學(xué)生從實(shí)驗(yàn)老師那里要來鎂片，用砂紙擦去其表面氧化膜后，分別加入濃度均為1.0 mol/L的氫氧化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉3種溶液，驚訝地發(fā)現(xiàn)，鎂片竟在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡。

學(xué)者周星[2]等關(guān)于低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中闡述了鎂/水反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征以及銨根離子離子對低溫鎂/水反應(yīng)的催化作用機(jī)理，該機(jī)理對解釋鎂為什么能與碳酸氫鈉溶液發(fā)生具有借鑒作用。

本文以鎂與水反應(yīng)為研究對象，討論添加劑（硫酸、氯化銨、碳酸氫鈉溶液）都能加快鎂與水反應(yīng)的化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)原因后，認(rèn)為碳酸氫根離子破壞了金屬鎂表面的氫氧化鎂是鎂和碳酸氫鈉溶液能發(fā)生反應(yīng)的主要原因。

一、問題的提出

顯然，吸附在金屬表面的氫氧化鎂可以溶解在碳酸氫鈉溶液中，最后和碳酸氫鈉溶液中碳酸根離子或氫氧根離子發(fā)生沉淀反應(yīng)得到氫氧化鎂和碳酸鎂混合物。

對于反應(yīng)（3），依據(jù)溶度積規(guī)則，該反應(yīng)的反應(yīng)商為：Qc=碳酸氫根離子濃度越大，Qc越小，則該反應(yīng)程度越大。

碰巧的是，碳酸氫鈉溶液本身是一個(gè)緩沖溶液[4]，碳酸氫鈉溶液濃度在不太小的情況下，其pH始終在8.31左右，從而保證了H+一定的氧化性，使鎂和NaHCO3溶液持續(xù)不斷地發(fā)生反應(yīng)得到氫氣。

2. 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

用砂紙擦去鎂片表面的氧化膜后，分別加入濃度均1.0mol/L的碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種溶液中發(fā)現(xiàn)，鎂片在碳酸氫鈉溶液中迅速反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣泡并有白色不溶物產(chǎn)生。鎂片在碳酸鈉溶液中無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析，該氣體是氫氣。（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象見上圖，右側(cè)為鎂和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)的情景，左側(cè)為鋁和碳酸氫鈉溶液混合體系）

五、結(jié)論

（1）在碳酸鈉溶液中，碳酸根離子濃度更大，更能有效降低鎂離子濃度，從熱力學(xué)角度上說，反應(yīng)程度更大，但鎂卻不能和碳酸鈉溶液反應(yīng)，這是因?yàn)樘妓岣x子無法破壞金屬鎂表面的氫氧化鎂保護(hù)膜，從動(dòng)力學(xué)角度上說，反應(yīng)無法持續(xù)進(jìn)行。

（3）鎂和碳酸氫鈉溶液的沉淀物，到底是碳酸鎂還是氫氧化鎂，還是堿式碳酸鎂[xMgCO3·yMg（OH）2]有待進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

[1] 段昌平. 探究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)意外發(fā)現(xiàn)——鎂與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣[J]. 化學(xué)教育，2012，（8）

[2] 周星，張煒，郭洋，姜本正. 低溫鎂/水反應(yīng)特征及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 固體火箭技術(shù)，2011，34（1）

[3] 李永常. 試論氫超電勢[J]. 天津化工，2003，17（2）

[4] 李俊生. 碳酸氫鈉溶液在開放體系中離子濃度相對大小的研究[J]. 河北理科教學(xué)研究，2007，（3）endprint