镁与碳酸氢钠溶液反应初探
2014-10-21吴文中
吴文中
摘要：一次偶然的学生实验发现金属镁能和碳酸氢钠溶液反应，原因何在？文章从化学热力学、动力学两方面研究表明：碳酸氢根离子对氢氧化镁保护膜的破坏及碳酸氢钠溶液的缓冲溶液的特征保证了镁和碳酸氢钠溶液反应的可持续发生。
关键词：镁；碳酸氢钠；保护膜；动力学机理
文章编号：1008-0546（2014）10-0081-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
段昌平[1]的论文中提到：实验中有一学生从实验老师那里要来镁片，用砂纸擦去其表面氧化膜后，分别加入浓度均为1.0 mol/L的氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠3种溶液，惊讶地发现，镁片竟在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡。
学者周星[2]等关于低温镁/水反应特征及反应动力学中阐述了镁/水反应的动力学特征以及铵根离子离子对低温镁/水反应的催化作用机理，该机理对解释镁为什么能与碳酸氢钠溶液发生具有借鉴作用。
本文以镁与水反应为研究对象，讨论添加剂（硫酸、氯化铵、碳酸氢钠溶液）都能加快镁与水反应的化学热力学、动力学原因后，认为碳酸氢根离子破坏了金属镁表面的氢氧化镁是镁和碳酸氢钠溶液能发生反应的主要原因。
一、问题的提出
显然，吸附在金属表面的氢氧化镁可以溶解在碳酸氢钠溶液中，最后和碳酸氢钠溶液中碳酸根离子或氢氧根离子发生沉淀反应得到氢氧化镁和碳酸镁混合物。
对于反应（3），依据溶度积规则，该反应的反应商为：Qc=碳酸氢根离子浓度越大，Qc越小，则该反应程度越大。
碰巧的是，碳酸氢钠溶液本身是一个缓冲溶液[4]，碳酸氢钠溶液浓度在不太小的情况下，其pH始终在8.31左右，从而保证了H+一定的氧化性，使镁和NaHCO3溶液持续不断地发生反应得到氢气。
2. 实验验证
用砂纸擦去镁片表面的氧化膜后，分别加入浓度均1.0mol/L的碳酸钠和碳酸氢钠两种溶液中发现，镁片在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡并有白色不溶物产生。镁片在碳酸钠溶液中无明显反应现象，经实验分析，该气体是氢气。（实验现象见上图，右侧为镁和碳酸氢钠溶液反应的情景，左侧为铝和碳酸氢钠溶液混合体系）
五、结论
（1）在碳酸钠溶液中，碳酸根离子浓度更大，更能有效降低镁离子浓度，从热力学角度上说，反应程度更大，但镁却不能和碳酸钠溶液反应，这是因为碳酸根离子无法破坏金属镁表面的氢氧化镁保护膜，从动力学角度上说，反应无法持续进行。
（3）镁和碳酸氢钠溶液的沉淀物，到底是碳酸镁还是氢氧化镁，还是碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg（OH）2]有待进一步的实验验证。
参考文献
[1] 段昌平. 探究实验中的一个意外发现——镁与碳酸氢钠溶液反应产生大量氢气[J]. 化学教育，2012，（8）
[2] 周星，张炜，郭洋，姜本正. 低温镁/水反应特征及反应动力学研究[J]. 固体火箭技术，2011，34（1）
[3] 李永常. 试论氢超电势[J]. 天津化工，2003，17（2）
[4] 李俊生. 碳酸氢钠溶液在开放体系中离子浓度相对大小的研究[J]. 河北理科教学研究，2007，（3）endprint
摘要：一次偶然的学生实验发现金属镁能和碳酸氢钠溶液反应，原因何在？文章从化学热力学、动力学两方面研究表明：碳酸氢根离子对氢氧化镁保护膜的破坏及碳酸氢钠溶液的缓冲溶液的特征保证了镁和碳酸氢钠溶液反应的可持续发生。
关键词：镁；碳酸氢钠；保护膜；动力学机理
文章编号：1008-0546（2014）10-0081-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
段昌平[1]的论文中提到：实验中有一学生从实验老师那里要来镁片，用砂纸擦去其表面氧化膜后，分别加入浓度均为1.0 mol/L的氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠3种溶液，惊讶地发现，镁片竟在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡。
学者周星[2]等关于低温镁/水反应特征及反应动力学中阐述了镁/水反应的动力学特征以及铵根离子离子对低温镁/水反应的催化作用机理，该机理对解释镁为什么能与碳酸氢钠溶液发生具有借鉴作用。
本文以镁与水反应为研究对象，讨论添加剂（硫酸、氯化铵、碳酸氢钠溶液）都能加快镁与水反应的化学热力学、动力学原因后，认为碳酸氢根离子破坏了金属镁表面的氢氧化镁是镁和碳酸氢钠溶液能发生反应的主要原因。
一、问题的提出
显然，吸附在金属表面的氢氧化镁可以溶解在碳酸氢钠溶液中，最后和碳酸氢钠溶液中碳酸根离子或氢氧根离子发生沉淀反应得到氢氧化镁和碳酸镁混合物。
对于反应（3），依据溶度积规则，该反应的反应商为：Qc=碳酸氢根离子浓度越大，Qc越小，则该反应程度越大。
碰巧的是，碳酸氢钠溶液本身是一个缓冲溶液[4]，碳酸氢钠溶液浓度在不太小的情况下，其pH始终在8.31左右，从而保证了H+一定的氧化性，使镁和NaHCO3溶液持续不断地发生反应得到氢气。
2. 实验验证
用砂纸擦去镁片表面的氧化膜后，分别加入浓度均1.0mol/L的碳酸钠和碳酸氢钠两种溶液中发现，镁片在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡并有白色不溶物产生。镁片在碳酸钠溶液中无明显反应现象，经实验分析，该气体是氢气。（实验现象见上图，右侧为镁和碳酸氢钠溶液反应的情景，左侧为铝和碳酸氢钠溶液混合体系）
五、结论
（1）在碳酸钠溶液中，碳酸根离子浓度更大，更能有效降低镁离子浓度，从热力学角度上说，反应程度更大，但镁却不能和碳酸钠溶液反应，这是因为碳酸根离子无法破坏金属镁表面的氢氧化镁保护膜，从动力学角度上说，反应无法持续进行。
（3）镁和碳酸氢钠溶液的沉淀物，到底是碳酸镁还是氢氧化镁，还是碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg（OH）2]有待进一步的实验验证。
参考文献
[1] 段昌平. 探究实验中的一个意外发现——镁与碳酸氢钠溶液反应产生大量氢气[J]. 化学教育，2012，（8）
[2] 周星，张炜，郭洋，姜本正. 低温镁/水反应特征及反应动力学研究[J]. 固体火箭技术，2011，34（1）
[3] 李永常. 试论氢超电势[J]. 天津化工，2003，17（2）
[4] 李俊生. 碳酸氢钠溶液在开放体系中离子浓度相对大小的研究[J]. 河北理科教学研究，2007，（3）endprint
摘要：一次偶然的学生实验发现金属镁能和碳酸氢钠溶液反应，原因何在？文章从化学热力学、动力学两方面研究表明：碳酸氢根离子对氢氧化镁保护膜的破坏及碳酸氢钠溶液的缓冲溶液的特征保证了镁和碳酸氢钠溶液反应的可持续发生。
关键词：镁；碳酸氢钠；保护膜；动力学机理
文章编号：1008-0546（2014）10-0081-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
段昌平[1]的论文中提到：实验中有一学生从实验老师那里要来镁片，用砂纸擦去其表面氧化膜后，分别加入浓度均为1.0 mol/L的氢氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠3种溶液，惊讶地发现，镁片竟在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡。
学者周星[2]等关于低温镁/水反应特征及反应动力学中阐述了镁/水反应的动力学特征以及铵根离子离子对低温镁/水反应的催化作用机理，该机理对解释镁为什么能与碳酸氢钠溶液发生具有借鉴作用。
本文以镁与水反应为研究对象，讨论添加剂（硫酸、氯化铵、碳酸氢钠溶液）都能加快镁与水反应的化学热力学、动力学原因后，认为碳酸氢根离子破坏了金属镁表面的氢氧化镁是镁和碳酸氢钠溶液能发生反应的主要原因。
一、问题的提出
显然，吸附在金属表面的氢氧化镁可以溶解在碳酸氢钠溶液中，最后和碳酸氢钠溶液中碳酸根离子或氢氧根离子发生沉淀反应得到氢氧化镁和碳酸镁混合物。
对于反应（3），依据溶度积规则，该反应的反应商为：Qc=碳酸氢根离子浓度越大，Qc越小，则该反应程度越大。
碰巧的是，碳酸氢钠溶液本身是一个缓冲溶液[4]，碳酸氢钠溶液浓度在不太小的情况下，其pH始终在8.31左右，从而保证了H+一定的氧化性，使镁和NaHCO3溶液持续不断地发生反应得到氢气。
2. 实验验证
用砂纸擦去镁片表面的氧化膜后，分别加入浓度均1.0mol/L的碳酸钠和碳酸氢钠两种溶液中发现，镁片在碳酸氢钠溶液中迅速反应，产生大量气泡并有白色不溶物产生。镁片在碳酸钠溶液中无明显反应现象，经实验分析，该气体是氢气。（实验现象见上图，右侧为镁和碳酸氢钠溶液反应的情景，左侧为铝和碳酸氢钠溶液混合体系）
五、结论
（1）在碳酸钠溶液中，碳酸根离子浓度更大，更能有效降低镁离子浓度，从热力学角度上说，反应程度更大，但镁却不能和碳酸钠溶液反应，这是因为碳酸根离子无法破坏金属镁表面的氢氧化镁保护膜，从动力学角度上说，反应无法持续进行。
（3）镁和碳酸氢钠溶液的沉淀物，到底是碳酸镁还是氢氧化镁，还是碱式碳酸镁[xMgCO3·yMg（OH）2]有待进一步的实验验证。
参考文献
[1] 段昌平. 探究实验中的一个意外发现——镁与碳酸氢钠溶液反应产生大量氢气[J]. 化学教育，2012，（8）
[2] 周星，张炜，郭洋，姜本正. 低温镁/水反应特征及反应动力学研究[J]. 固体火箭技术，2011，34（1）
[3] 李永常. 试论氢超电势[J]. 天津化工，2003，17（2）
[4] 李俊生. 碳酸氢钠溶液在开放体系中离子浓度相对大小的研究[J]. 河北理科教学研究，2007，（3）endprint
