化學鎂鋁與水反應現象試驗設計

　　對于鎂鋁來講，二者均是較活潑的金屬，從其本身所具有的能力來講（內因），完全有能力與水發生置換反應放出氫氣（EAl3+/Al=-2.375V、EMg2+/Mg=-1.67V、EH2O/H2=-0.414V）。但事實上，在通常條件下，鎂鋁并不與水反應，其原因是因為當鎂鋁與水反應后，均會生成難溶性的氫氧化鎂和氫氧化鋁，覆蓋在鎂鋁的表面，阻止了內部金屬與水的接觸，使金屬“鈍化”，反應便停止了。因此在鎂鋁與水進行反應時，要想使反應順利地進行，關鍵是要消除阻止反應進行的氫氧化鎂和氫氧化鋁這一“保護層”，滿足了這一條件，鎂鋁就可與水反應了。

　　1.對鎂與銨鹽溶液反應的認識：

　　鎂能與銨鹽溶液反應放出氫氣，上述對內外因的關系分析來看，這首先是由于濃的銨鹽溶液能溶解氫氧化鎂這一“保護層”：

　　Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3H2O

　　這樣消除了阻止反應進行的氫氧化鎂，鎂便與水順利地接觸，從而反應放出了氫氣：

　　Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑

　　總反應為：

　　Mg+2H2O+2NH4+=Mg2++2NH3H2O+H2-↑

　　對于這一反應，往往有學生會錯誤地認為這是由于銨離子水解使溶液顯酸性，鎂才與之反應放出氫氣，但事實上，鎂還可以與顯中性的醋酸銨溶液反應放出氫氣，顯然這一認識是錯誤的。由此也不難看出，該反應的本質是鎂與水進行了置換反應。

　　2.對鋁與強堿溶液反應的認識：

　　鋁能與強堿溶液反應放出氫氣，同樣從內外因的關系來看，這首先是由于強堿溶液能夠溶解氫氧化鋁這一“保護層”：

　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

　　這樣消除了阻止反應進行的氫氧化鋁，鋁便可與水順利地反應了：

　　2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑

　　總反應式為：

　　2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2↑

　　通過這樣的分析很容易得出該反應的本質即是鋁與水發生了置換反應，強堿只是起到了溶解氫氧化鋁，也即創造鋁與水順利反應的條件的作用。應當注意的一點是，在強堿性溶液中，由水電離的氫離子濃度更小，但鋁仍能與之反應放出氫氣，可見鋁還是相當活潑的。

　　３．設計在其它條件下讓鎂與水反應：

　　對于鎂來講，影響反應進行的氫氧化鎂在鎂表面的附著能力并不強，因此很容易破壞這種保護作用，使鎂與水反應。如在熱水中，氫氧化鎂便會從鎂表面脫落并部分溶解，所以鎂可與熱水反應放出氫氣。而有些物質如氯化鈉、氯化鉀等，由于氯離子具有的強的穿透作用，能使氫氧化鎂從鎂表面脫落，這樣失去保護層的鎂就可與水反應了。因此當將鎂條放入濃的氯化鈉或氯化鉀溶液中，可看到有氣泡產生。

　　4．設計在其它條件下讓鋁與水反應：

　　對于鋁來講，氫氧化鋁(包括Al2O3)對鋁的保護作用要比氫氧化鎂強得多，熱水對其無任何影響，氯化鈉、氯化鉀對其的影響也非常小，鋁在其溶液中看不到有什么明顯的變化，長期將鋁置于其溶液中，鋁只是會有一定的腐蝕。但我們仍可設法消除這種保護作用而讓鋁與水反應。“毛刷試驗”是將用砂布擦拭后的鋁放入硝酸汞溶液中，此時在鋁表面上可置換析出少量汞。由于汞不均勻地吸附于鋁表面，當將這樣處理后的鋁放在空氣中，則由于汞的阻礙作用，鋁表面無法形成致密的保護層，因此內部的鋁會不斷地被氧化而長出毛狀的Al2O3，若將這樣處理過的鋁投入水中，同樣由于汞破壞了氫氧化鋁的保護作用，鋁便與水不斷地反應放出氫氣，直至鋁幾乎完全消耗掉，而且在容器底部會有大量白色氫氧化鋁生成。