鎂與NaHCO3溶液反應有關產物探究

朱建民

摘 要 在NaHCO3水溶液中存在多個平衡，且每個平衡之間既相互聯系、又相互制約。鎂與NaHCO3溶液反應有氣體（H2和少量的CO2）及沉淀（3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O）產生，本文就反應產物設計相關實驗進行探討，并對可能的反應原理進行相關分析。

關鍵詞 氣體 沉淀產物 平衡移動

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A

1問題提出

某研究性學習小組做實驗時偶然發現，表面擦去氧化膜的鎂片可與NaHCO3溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。該小組同學通過如下實驗，驗證產物并探究反應原理。

實驗①：用砂紙擦去鎂條表面氧化膜，將其放入盛適量滴有酚酞試液的飽和碳酸氫鈉溶液的燒杯中，迅速反應，產生大量氣泡和白色不溶物，溶液的淺紅色加深。

1.1定性實驗

（1）氣體的檢驗。

實驗②：將實驗①中收集到的氣體點燃，發現氣體安靜燃燒，火焰呈淡藍色。

則氣體為：氫氣（或H2）。

1.2定量實驗

（2）為進一步確定實驗I的白色不溶物的成分，進行以下定實驗：

稱取干燥、純凈的白色不溶物 7.36 g，充分加熱至不再產生氣體為止，并使分解產生的氣體全部進入裝置A和B中。實驗后裝置A增重0.72g，裝置B增重2.64 g。白色不溶物的化學式為2Mg（OH）2·3MgCO3或Mg5（OH）4（CO3）3。

（3）寫出鎂與飽和碳酸氫鈉溶液反應的化學方程式：

5Mg+6NaHCO3+4H2O= 2Mg（OH）2·3MgCO3↓+3Na2CO3 +5H2↑。

1.3反應原理分析

（4）NaHCO3溶液中存在如下電離平衡：H2O H++ OH-、HCO3- H ++CO32-，請從平衡移動角度分析實驗①產生大量氣體和白色不溶物的原因：Mg和H+反應生成H2和Mg2+，Mg2+跟OH-、CO32-結合生成沉淀，則H+、OH-、CO32-的濃度均降低，上述平衡均向右移動。所以Mg和飽和NaHCO3溶液反應產生大量氣體和白色不溶物。

2實驗探究

【實驗1】對反應產生氣體的探究

表1：鎂帶與飽和NaHCO3溶液應產生氣體探究

【實驗2】對在熱水浴中鎂帶表面形成黑色膜的組成探究

（1）黑色膜與鎂帶外表的“氧化膜”比較。

3分析

綜合以上兩個因素，若按1：1發生反應，則可表示為：

4Mg+ 8NaHCO3+4H2O=3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O+ 4H2↑+4Na2CO3+ CO2↑

用化學平衡移動原理解釋，NaHCO3溶液中存在如下平衡：

4Mg+ 6NaHCO3+5H2O=3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O+ 3Na2CO3+4H2↑

4結論

（1）鎂帶能和堿性酸式鹽溶液反應產生氣體（大量H2和少量的CO2 ）；

（2）含有HCO3—的溶液能明顯加快鎂與水反應的速率；

（3）鎂與NaHCO3溶液（常溫或70℃～80℃）反應，沉淀均為3MgCO3·Mg（OH）2·3H2O。

鎂作為活潑金屬能和酸性溶液反應產生氫氣已被人們熟知，但鎂還能和溶液呈堿性的酸式鹽NaHCO3、Na2HPO4反應產生氫氣。

參考文獻

[1] 武漢大學.分析化學（4版）[M].北京：高等教育出版社，2000.