龐興濤

【摘要】鹽類(lèi)水解是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，金屬跟鹽的水溶液能否發(fā)生反應(yīng)，究竟有什么現(xiàn)象？在高中化學(xué)教學(xué)中，在講解“鹽類(lèi)水解”這一內(nèi)容時(shí)，我們以氯化銨溶液與金屬鎂混合為例進(jìn)行分析，該溶液我們一般認(rèn)為能發(fā)生反應(yīng)并有H2放出，原因是NH4Cl在水溶液中發(fā)生水解而產(chǎn)生H+，溶液呈酸性，然后Mg與H+反應(yīng)放出H2。對(duì)于這種說(shuō)法，筆者提出了兩點(diǎn)疑問(wèn)，具體的疑問(wèn)在本文進(jìn)行詳細(xì)地分析。

【關(guān)鍵詞】鹽類(lèi)水解;鹽的水溶液;酸堿質(zhì)子理論;離子反應(yīng)方程式;反應(yīng)機(jī)理;白色沉淀

《鹽類(lèi)的水解》是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。也是近年來(lái)高考的熱點(diǎn)之一。在高中化學(xué)教材中，涉及的知識(shí)面較寬，綜合性較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的理論意義和實(shí)際意義，是前面已學(xué)過(guò)的電解質(zhì)的電離，水的電離平衡和水的離子積，以及平衡移動(dòng)原理等知識(shí)的綜合利用。通過(guò)本節(jié)的教學(xué)不僅可以加深對(duì)強(qiáng)弱電解質(zhì)，離子反應(yīng)和離子反應(yīng)方程式等知識(shí)的理解，而且還可以進(jìn)一步指導(dǎo)高三學(xué)生有關(guān)電解和物質(zhì)的檢測(cè)等知識(shí)的學(xué)習(xí)。尤其是在近幾年廣東高考應(yīng)用方面，顯得尤為重要。比如說(shuō)水解過(guò)程中各離子濃度大小的關(guān)系，溶液中的守恒、鹽類(lèi)水解的應(yīng)用問(wèn)題等。

一、鹽類(lèi)水解的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)方面

（1）分析鹽溶液的酸堿性，并比較酸堿性的強(qiáng)弱，如相同濃度的Na2CO3、NaHCO3溶液均顯堿性，且堿性Na2CO3>NaHCO3。

（2）配制某些能水解的鹽溶液時(shí)要防止水解，如配制FeCl3溶液時(shí)，要向該溶液中加入適量的鹽酸。

（3）將活潑的金屬放在強(qiáng)酸弱堿鹽的溶液里，會(huì)有氣體產(chǎn)生，如將鎂條放入NH4Cl溶液中會(huì)有H2放出。

（4）熱的純堿溶液有較好的去污能力，是因?yàn)樯邷囟却龠M(jìn)鹽類(lèi)的水解，使純堿溶液的堿性增強(qiáng)，加速了油污的水解，故熱額純堿溶液去油污的效果更好。

（5）明礬凈水，將明礬溶于水能生成膠狀的氫氧化鋁，能吸附水里水里懸浮的雜質(zhì)，并形成沉淀使水澄清。

（6）泡沫滅火器的原理就是利用強(qiáng)酸弱堿鹽與強(qiáng)堿弱酸鹽的強(qiáng)烈的應(yīng)用，如飽和的硫酸鋁溶液與飽和的碳酸氫鈉溶液混合后的離子方程式為：Al3++3HCO3-=

Al（OH）3↓+3CO2↑，現(xiàn)象為白色沉淀和大量的氣泡產(chǎn)生，由于CO2的存在故可起到滅火作用。

（7）銨態(tài)氮肥使用時(shí)不宜與草木灰混合使用，因?yàn)椴菽净抑兄饕蠯2CO3，其水解顯堿性，與銨鹽中的NH4+反應(yīng)。

（8）判斷溶液中的離子能否大量共存時(shí)需要考慮鹽類(lèi)的水解，能發(fā)生雙水解的離子不能大量共存。

（9）分析某些鹽溶液不能用蒸發(fā)結(jié)晶法獲得的原因，如AlCl3溶液蒸干灼燒得到的是Al2O3而不是AlCl3固體。

二、金屬與鹽溶液混合能否反應(yīng)的判斷、分析是高中化學(xué)的難點(diǎn)

例如：將混有少量氧化銅的鋅粉，投入到一定量的稀硫酸中，完全反應(yīng)后鋅粉還有剩余，則溶液中一定存在什么金屬離子，不溶物除鋅粉外還有沒(méi)有其它物質(zhì)？

學(xué)生在解決時(shí)很容易出錯(cuò)。其實(shí)，解這類(lèi)題目是有規(guī)律的。金屬跟鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)的規(guī)律是在金屬活動(dòng)性順序表中，只有排在前面的金屬才能把排在后面的金屬?gòu)乃柠}溶液中置換出來(lái)。也就是說(shuō)：金屬活動(dòng)順序表前面的金屬單質(zhì)與后面的金屬離子不能共存于溶液中。

解析：在此混合物的體系中涉及了兩種金屬元素：鋅和銅。在金屬活動(dòng)性順序中，鋅在銅的前面。由于鋅單質(zhì)有剩余，所以，根據(jù)規(guī)律，溶液中一定不存在Cu2+。銅元素只能以單質(zhì)的形式存在。溶液中的金屬離子只有Zn2+，不溶物中除鋅粉外還有金屬銅。

如果將上述題目改為將鎂粉投入到氯化銨溶液中去會(huì)有什么現(xiàn)象呢？ 比如：金屬鎂與冷水反應(yīng)比較困難，若加一些NH4Cl馬上產(chǎn)生大量氣體？為什么？

解析1：在氯化銨溶液中存在這幾種反應(yīng)：

首先是發(fā)生了水解反應(yīng)（屬于吸熱反應(yīng)）：氯化銨在溶液中電離出NH4+離子和Cl-離子，水電離出H+和OH- 離子，然后電離出的NH4+和H2O發(fā)生了水解反應(yīng)生成了弱電解質(zhì)NH3·H2O和H+。用離子方程式表示為：

其次是發(fā)生了置換反應(yīng)（屬于放熱反應(yīng)）：金屬鎂與溶液中的H+離子反應(yīng)生成了Mg2+離子和氫氣，用離子方程式表示為：

再次是發(fā)生了分解反應(yīng)（屬于吸熱反應(yīng)）：水解反應(yīng)生成的NH3·H2O借助置換反應(yīng)放出的熱量分解生成了氨氣和水。用離子方程式表示為：

解析2：在氯化銨溶液中存在這幾種反應(yīng)：

首先是發(fā)生了水解反應(yīng)（屬于吸熱反應(yīng)）：氯化銨在溶液中電離出NH4+離子和Cl-離子，水電離出H+和OH- 離子，然后電離出的NH4+和H2O發(fā)生了水解反應(yīng)生成了弱電解質(zhì)NH3·H2O和H+。用離子方程式表示為：

其次是發(fā)生了置換反應(yīng)（屬于放熱反應(yīng)）：金屬鎂與溶液中的H+離子反應(yīng)生成了Mg2+離子和氫氣，用離子方程式表示為：

再次是發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)：水解反應(yīng)生成的NH3·H2O和置換反應(yīng)生成的Mg2+離子反應(yīng)生成了氫氧化鎂白色沉淀和NH4+離子，用離子方程式表示為：

在高中化學(xué)教學(xué)中，在講解“鹽類(lèi)水解”這一內(nèi)容時(shí)，我們一般認(rèn)為：氯化銨溶液與金屬鎂反應(yīng)有H2放出，是因?yàn)镹H4Cl在水溶液中發(fā)生水解而產(chǎn)生H+，溶液呈酸性，然后Mg與H+反應(yīng)放出H2。對(duì)上述解釋我們提出了兩點(diǎn)疑問(wèn)：

（一）若是按照上述機(jī)理進(jìn)行反應(yīng)，則鎂粉與NH4HCO3，（NH4）2CO3的水溶液是不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，因?yàn)檫@兩者的水溶液都呈堿性。同樣的道理，鎂粉與NH4NO3的水溶液反應(yīng)不會(huì)有H2產(chǎn)生，因?yàn)镹H4NO3在水溶液中水解產(chǎn)生稀HNO3，鎂粉與稀HNO3反應(yīng)得不到H2，而只能得到一些氮的氧化物，氮?dú)?，或其它氮的化合物，而?shí)驗(yàn)結(jié)果卻不是這樣，我們做了如下對(duì)比實(shí)驗(yàn)：

首先配制25℃，0.1mol/L的NH4Cl溶液，根據(jù)一元弱堿強(qiáng)酸鹽水解溶液pH計(jì)算公式：pH=-0.5[lgKw+lgKb+lgC]。計(jì)算得[H+]=7.5×10-6mol/L。然后再配制濃度稍大于7.5×10-6mol/L的鹽酸溶液，其濃度為0.001mol/L，然后分別將鎂粉與所配制的NH4Cl鹽酸溶液反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， NH4Cl溶液與鎂粉反應(yīng)的速率較快。而0.00lmol/L的鹽酸溶液與鎂粉反應(yīng)的速率較慢。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，鎂粉與NH4Cl溶液反應(yīng)時(shí)，不是簡(jiǎn)單的鎂粉與NH4Cl溶液中的H+的反應(yīng)。同樣，我們又在室溫下配制0.1mol/L的NH4NO3，（NH4）2SO4，NH4HCO3，（NH4）2CO3溶液，雖然后兩個(gè)溶液為堿性。但在此4個(gè)溶液中加入鎂粉后均有氣體產(chǎn)生，并生成白色沉淀，檢驗(yàn)此氣體為氫氣，反應(yīng)速率快。

為什么會(huì)發(fā)生上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呢？根據(jù)酸堿質(zhì)子理論， 能夠給出質(zhì)子（H+）的物質(zhì)叫酸，能夠接受質(zhì)子（H+）的物質(zhì)叫堿。所以NH4+可以視為酸，在銨鹽的水溶液中，盡管NH4+要水解產(chǎn)生H+，但NH4+的水解程度一般不是很大。因此，在銨鹽溶液中：c[NH4+]>>c[H+]，當(dāng)銨鹽溶液與鎂粉反應(yīng)時(shí)，不應(yīng)該是NH4+水解產(chǎn)生的H+與鎂粉直接反應(yīng)，而應(yīng)該是NH4+直接與鎂粉反應(yīng)放出H2。在冷、稀的銨鹽水溶液中，其離子反應(yīng)方程式可表示為：2NH4++Mg+2H2O=Mg2++H2↑+2NH3·H2O。然后鎂離子再與其它的陰離子結(jié)合生成白色沉淀。

正是因?yàn)殒V粉與銨鹽的水溶液按上述反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行，所以，鎂粉與NH4HCO3，（NH4）2CO3，NH4NO3的水溶液反應(yīng)時(shí)，都有H2產(chǎn)生。

因此我們可得出結(jié)論：銨鹽的水溶液與鎂粉的反應(yīng)實(shí)質(zhì)是NH4+直接與金屬鎂反應(yīng)。

（二）一般高中教師在講解過(guò)程中只講解了前面的兩步，而到最后的一步到底是生成了氨氣還是氫氧化鎂白色沉淀呢？而筆者和學(xué)校的各位化學(xué)教師一起討論并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

1.氯化銨的水溶液成酸性，而鎂在熱水中能放出氫氣，所以在弱酸性條件下可以放出氫氣。這樣使pH升高，造成堿性環(huán)境，NH4+離子在堿性環(huán)境下容易結(jié)合OH-，生成NH3，再加上鎂與酸的反應(yīng)放熱，使得氨氣放出的可能性又多一點(diǎn)，所以，Mg和NH4Cl溶液反應(yīng)有NH3生成。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：Mg在NH4Cl溶液中明顯生成H2，溶液變成紅色后，（注：所用NH4Cl越濃，則生H2速度越快，但溶液使酚酞變色所需時(shí)間越長(zhǎng)。一般用1mol/L NH4Cl溶液能較好地兼顧以上兩個(gè)方面），仍能明顯生成H2，此時(shí)溶液中的H+離子減少，OH-離子增多。由于Mg（OH）2是中強(qiáng)堿，堿性強(qiáng)于NH3·H2O，所以就發(fā)生了“強(qiáng)”堿替換弱堿的反應(yīng)（生成NH3·H2O使酚酞變色）：Mg（OH）2 + 2 NH4+=Mg2++ 2NH3·H2O因此，只要有NH4+存在（不論是酸性或堿性）就能發(fā)生上述反應(yīng)。

這時(shí)學(xué)生單憑初中的知識(shí)是很難判斷理解的。因此，這一類(lèi)的金屬與鹽溶液的混合，涉及的反應(yīng)類(lèi)型比較復(fù)雜，在初中我們不要求學(xué)生掌握。事實(shí)表明在初中化學(xué)中，簡(jiǎn)單應(yīng)用金屬活動(dòng)順序表來(lái)判斷反應(yīng)能否發(fā)生和推測(cè)反應(yīng)的產(chǎn)物，是片面的。由于反應(yīng)類(lèi)型復(fù)雜，影響因素繁多，在金屬和鹽溶液之間的反應(yīng)不僅有置換反應(yīng)，還有其它反應(yīng)及影響，如水解反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]張以航，張赤軍.銨鹽水溶液與金屬鎂反應(yīng)的一點(diǎn)疑問(wèn)[J].化學(xué)教學(xué)， 1999（4）：41-42.

責(zé)任編輯? 梁國(guó)勝