探讨盐类水解应用中的两点疑问

关键词：金属镁   盐类水解   盐的水溶液   酸碱质子理论

        离子反应方程式   反应机理   白色沉淀   

摘  要：盐类水解是中学化学教学中的难点，金属跟盐的水溶液能否发生反应，究竟有什么现象？在高中化学教学中，在讲解“盐类水解”这一内容时，我们以氯化铵溶液与金属镁混合为例进行分析，该溶液我们一般认为能发生反应并有H₂放出,原因是NH₄Cl在水溶液中发生水解而产生H⁺,溶液呈酸性,然后Mg与H⁺反应放出H₂。对于这种说法我们提出了两点疑问，具体的疑问将在本文进行详细的分析。

正  文：金属与盐溶液混合能否反应的判断、分析是初中化学的难点,学生在解决时很容易出错,其实,解这类题目是有规律的。

金属跟盐溶液发生置换反应的规律是:在金属活动性顺序表中,只有排在前面的金属才能把排在后面的金属从它的盐溶液中置换出来。也就是说:金属活动顺序表前面的金属单质与后面的金属离子不能共存于溶液中。

例：将混有少量氧化铜的锌粉,投入到一定量的稀硫酸中,完全反应后锌粉还有剩余,则溶液中一定存在什么金属离子，不溶物除锌粉外还有没有其他物质？ 

解析:在此混合物的体系中涉及了两种金属元素:锌和铜。在金属活动性顺序中,锌在铜的前面。由于锌单质有剩余,所以,根据"规律",溶液中一定不存在Cu²⁺。铜元素只能以单质的形式存在。溶液中的金属离子只有Zn²⁺,不溶物中除锌粉外还有金属铜。

如果将上述题目改为将镁粉投入到氯化铵溶液中去会有什么现象呢？ 比如：金属镁与冷水反应比较困难，若加一些NH₄Cl马上产生大量气体？为什么？

解析1：在氯化铵溶液中存在这几种反应：

首先是发生了水解反应（属于吸热反应）：氯化铵在溶液中电离出NH₄⁺离子和Cl^-离子，水电离出H^＋和OH^- 离子，然后电离出的NH₄⁺和H₂O发生了水解反应生成了弱电解质NH₃·H₂O和H^＋。用离子方程式表示为：

 NH₄⁺＋H₂O      NH₃·H₂O ＋ H^＋ 

其次是发生了置换反应（属于放热反应）：金属镁与溶液中的H^＋离子反应生成了Mg²⁺离子和氢气，用离子方程式表示为：

Mg ＋ 2H^＋＝  Mg²⁺   ＋  H₂ ↑ 

再次是发生了分解反应（属于吸热反应）：水解反应生成的NH₃·H₂O借助置换反应放出的热量分解生成了氨气和水。用离子方程式表示为：

NH₃·H₂O   NH₃↑+ H₂O

解析2：在氯化铵溶液中存在这几种反应：

首先是发生了水解反应（属于吸热反应）：氯化铵在溶液中电离出NH₄⁺离子和Cl^-离子，水电离出H^＋和OH^- 离子，然后电离出的NH₄⁺和H₂O发生了水解反应生成了弱电解质NH₃·H₂O和H^＋。用离子方程式表示为：

 NH₄⁺＋H₂O     NH₃·H₂O ＋ H^＋             

其次是发生了置换反应（属于放热反应）：金属镁与溶液中的H^＋离子反应生成了Mg²⁺离子和氢气，用离子方程式表示为：

Mg ＋ 2H^＋＝  Mg²⁺   ＋  H₂ ↑ 

再次是发生了复分解反应：水解反应生成的NH₃·H₂O和置换反应生成的Mg²⁺离子反应生成了氢氧化镁白色沉淀和NH₄⁺离子，用离子方程式表示为：

Mg²⁺ + 2NH₃·H₂O ＝ Mg(OH)₂               + 2NH₄⁺  

在高中化学教学中，在讲解“盐类水解”这一内容时，我们一般认为:氯化铵溶液与金属镁反应有H₂放出,是因为NH₄Cl在水溶液中发生水解而产生H⁺,溶液呈酸性,然后Mg与H⁺反应放出H₂。对上述解释我们提出了两点疑问：

一、若是按照上述机理进行反应,则镁粉与NH₄HCO₃,(NH₄)₂CO₃的水溶液是不能发生化学反应的,因为这两者的水溶液都呈碱性。同样的道理,镁粉与NH₄NO₃的水溶液反应不会有H₂产生,因为NH₄NO₃在水溶液中水解产生稀HNO₃,镁粉与稀HNO₃反应得不到H₂,而只能得到一些氮的氧化物,氮气,或其它氮的化合物.而实验结果却不是这样,我们做了如下对比实验:

首先配制25℃,0.1mol/L的NH₄Cl溶液,根据一元弱碱强酸盐水解溶液pH计算公式:pH=-0.5[lgKw+lgKb+lgC].计算得[H⁺]=7.5×10^-6mol/L。然后再配制浓度稍大于7.5×10^-6mol/L的盐酸溶液,其浓度为0.001mol/L，然后分别将镁粉与所配制的NH₄Cl盐酸溶液反应。结果发现, NH₄Cl溶液与镁粉反应的速率较快。而0.00lmol/L的盐酸溶液与镁粉反应的速率较慢。这个实验说明,镁粉与NH₄Cl溶液反应时,不是简单的镁粉与NH₄Cl溶液中的H⁺的反应。同样,我们又在室温下配制0.1mol/L的NH₄NO₃,(NH₄)₂SO₄,NH₄HCO₃,(NH₄)₂CO₃溶液,虽然后两个溶液为碱性。但在此4个溶液中加入镁粉后均有气体产生,并生成白色沉淀,检验此气体为氢气,反应速率快。

为什么会发生上述实验现象呢？根据酸碱质子理论,NH₄⁺可以视为酸，在铵盐的水溶液中,尽管NH₄⁺要水解产生H⁺,但NH₄⁺的水解程度一般不是很大。因此,在铵盐溶液中:[NH₄⁺]>>[H⁺]，当铵盐溶液与镁粉反应时,不应该是NH₄⁺水解产生的H⁺与镁粉直接反应,而应该是NH₄⁺直接与镁粉反应放出H₂。在冷,稀的铵盐水溶液中,其离子反应方程式可表示为:2NH₄⁺+Mg+2H₂O=Mg²⁺+H₂↑+2NH₃·H₂O。然后镁离子再与其它的阴离子结合生成白色沉淀。

正是因为镁粉与铵盐的水溶液按上述反应机理进行,所以,镁粉与NH₄HCO₃,(NH₄)₂CO₃,NH₄NO₃的水溶液反应时,都有H₂产生。

因此我们可得出结论:铵盐的水溶液与镁粉的反应实质是NH₄⁺直接与金属镁反应。

二、一般高中教师在讲解过程中只讲解了前面的两步，而到最后的一步到底是生成了氨气还是氢氧化镁白色沉淀呢？

而我和我们学校的各位化学老师一起讨论并得出下列结论，NH₄⁺离子溶液与镁粉反应产生了氢气，这个反应属于放热反应，而放出热量的同时使第一步水解反应时生成的NH₃·H₂O发生了分解反应，生成了氨气和水。

这时学生单凭初中的知识是很难判断理解的。因此，这一类的金属与盐溶液的混合，涉及的反应类型比较复杂，在初中我们不要求学生掌握。事实表明在初中化学中，简单应用金属活动顺序表来判断反应能否发生和推测反应的产物,是片面的。由于反应类型复杂,影响因素繁多,在金属和盐溶液之间的反应不仅有置换反应,还有其它反应及影响,如水解反应、络合反应、氧化还原反应等。