文章編號:1005–6629(2016)3–0064–04中國圖書館分類號:G633.8文件識別碼:b。
現在的初高中化學教材都配有比較活潑的金屬與稀鹽酸或稀硫酸反應取代氫氣的實驗。如:蘇教版高中必修教材【1】在討論鎂的化學性質時，設置了鎂與稀硫酸的反應:將壹小段已擦去氧化膜的鎂條放入試管中，然後在試管中加入壹定量的稀硫酸，觀察現象。
學生分組時，因為實驗室稀硫酸不足，實驗者臨時選擇了稀鹽酸代替。有同學反映試管裏有灰色沈澱！課後，作者讓學生重復整個實驗過程:用壹個小試管，取0.1 mol L-1稀鹽酸4 ml，加入壹條長約4cm的鎂帶，去除氧化膜，靜置壹會。降水果然如期而至！
壹個看似簡單的中學實驗，為什麽會出現如此反常的現象？對此，課後，老師和學生壹起進行了更深入的實驗研究。
實驗1 4小試管中，取0.1 mol L-1稀鹽酸4 ml，再加入壹定長度的去除氧化膜的鎂帶，觀察現象，比較沈澱量。結果見表1。
結論:實驗1表明，壹定量的稀鹽酸與少量的鎂反應沒有異常現象，但增加鎂帶的量，溶解時會產生氣泡，並伴有灰色(或白色)沈澱。可見鎂的多少是決定系統是否異常的原因。
那麽，灰白色的物質到底是什麽？為了找出原因，學生們進行了熱烈的討論，最終形成了三種有代表性的觀點，然後設計了相關實驗進行驗證。
2.1觀點1:氯化鎂結晶析出
有同學認為，由於金屬鎂量大，反應後產生的氯化鎂量過大，可能在溶液中過飽和析出。根據化學詞典[2]，氯化鎂為無色立方晶體，氯化鎂溶於100g水中的量為54.8g(20℃)，73.0g(100℃)。說明氯化鎂在室溫下易溶於水，即使在20℃飽和溶液濃度也能超過5mol·L-1。
實驗二將實驗1的D試管放置較長時間，將上層溶液潷析，得到灰色沈澱，再加入5mL蒸餾水，沈澱量不減少。如果用小試管取相同質量的氯化鎂固體(分析純)，加入等量的蒸餾水，輕輕搖動使其完全溶解，得到澄清溶液。
可見氯化鎂易溶於水，而灰白色產品的溶解性相對較差，1的觀點不可信。
2.2觀點2:反應後有鎂粉殘留
如果妳做過鋁箔與鹽酸反應的實驗，以下現象可能不會陌生:反應劇烈，氣泡竄起，溶液渾濁，大量淺灰色沈澱。許多學者[3，4]證實，淺灰白色物質能與酸或強堿反應，並釋放出少量氣泡。因此，認為灰白色的懸浮液中應該含有細小的顆粒狀鋁，這是由於反應過度而從鋁箔表面脫落造成的。那麽，足量的鎂與稀鹽酸反應後的灰色沈澱，是不是也是鎂粉的細小顆粒？
實驗三從小試管中取出上述實驗後的灰色沈澱適量，加入0.1mol·L-1稀鹽酸3 ml，沈澱立即溶解消失，但無氣泡產生。
如果樣品是(或存在)鎂粉，加入稀鹽酸會產生H2。實驗3的現象表明，足量鎂與稀鹽酸反應後得到的灰色沈澱不是細顆粒鎂粉。
2.3觀點3:生成氫氧化鎂。
持這種觀點的同學明白，鎂在常溫下能與水反應，是因為它的還原性比鈉略低。在足量鎂與稀鹽酸反應的後期，可以認為殘留的鎂在氯化鎂溶液中繼續與水反應。由於溶液中氯離子的存在，金屬表面的難溶產物氫氧化鎂具有鉆孔作用，使其脫落，破壞了內部金屬的保護，使鎂在室溫下能不斷與氯化鎂溶液反應，不斷產生大量氣泡和氫氧化鎂沈澱。
實驗4從小試管中取出5mL蒸餾水，加入壹小段去除氧化膜的鎂帶。鎂帶表面先形成少量氣泡後消失，蒸餾水依然清澈。連續加入幾滴飽和氯化鎂溶液，鎂帶表面立即產生細小氣泡，並不斷溶解。約3分鐘後，試管內出現白色渾濁，20分鐘後，鎂帶完全溶解，小試管內留下大量灰白色沈澱。
在實驗5中，將實驗4中的灰色沈澱充分蒸餾，用水洗滌，直到最後壹次向洗滌液中加入硝酸銀溶液後，混濁現象不明顯為止。然後加入適量0.1 mol L-1稀硝酸，沈澱立即溶解，繼續滴幾滴0.1 mol L-1硝酸銀溶液，產生大量白色渾濁。如果用實驗1中得到的沈澱重復實驗，現象是相同的。
在實驗6中，少量灰色沈澱被蒸餾，用水洗滌，並在室溫下幹燥。然後取樣，按圖1加熱固體，用濕紫色石蕊試紙檢查氣體積，試紙變紅；如果將另壹根浸過硝酸銀溶液的玻璃棒掛在試管口，會出現白色渾濁。
實驗4表明鎂在氯化鎂溶液中能反應生成灰色沈澱。結合實驗5和實驗6，鎂與稀鹽酸或氯化鎂溶液得到的沈澱樣品都溶於強酸，無論是硝酸溶解的溶液還是固體樣品直接加熱都檢測到氯的存在。所以沈澱是(或者只是)氫氧化鎂的觀點也是站不住腳的。
在論證和分析的基礎上，把原來的想法壹個個否定了。就在大家百思不得其解的時候，壹個學生提出了壹個新的想法:生產電解鎂的原料無水氯化鎂，需要在幹燥的HCl氣流中加熱才能得到MgCl2 6H2O，如果在空氣中加熱會產生Mg(OH)Cl或MgO；那麽，有沒有可能足量的鎂與稀鹽酸反應生成的灰色沈澱也是堿式鹽？
2.4觀點4:堿式氯化鎂的形成
實驗7將約50ml的0.01mol·L-1稀鹽酸放入小燒杯中，然後加入兩段5cm的鎂條，去除氧化膜。觀察實驗現象，用酸度計監測和讀取溶液的pH值變化。實驗結果如表2所示。
實驗7表明，在足量的鎂與稀鹽酸反應過程中，溶液的pH值逐漸升高，但在酸性介質中不出現渾濁現象。只有當鎂與稀鹽酸(實際上是鎂和氯化鎂溶液)的反應體系呈弱堿性，堿度逐漸增強時，灰白色沈澱才逐漸出現並增多。根據實驗5和實驗6的定性檢測結果，我們有理由相信，灰色沈澱是堿式氯化鎂。
據文獻[5]記載，堿式氯化鎂結構有多種，化學通式可表示為mgx (oh) yclz mh2o(其中2x-y-z=0，0≤m≤6)，是在研究MgO與MgCl2水溶液的化學反應時首次發現的，主要存在於Mg2(oh)3cl·4h2o和Mg3(。現代科學儀器分析表明，在壹定pH環境下得到的白色沈澱是各種堿式氯化鎂固體的混合物，不同pH值下得到的堿式氯化鎂固體產品的實測化學成分也不同(見表3)[6]。
綜上所述，由於足量的鎂與稀鹽酸反應，溶液會經歷由酸性到堿性的過程，堿度逐漸增大，從而促進灰色沈澱的形成。因為在不同pH值下產生的堿式氯化鎂的化學成分也會發生變化，所以我們認為實驗中得到的濁度應該是不同化學成分的堿式氯化鎂的混合物。
3.1對教材實驗的理解
用稀鹽酸代替稀硫酸演示鎂與酸的反應，由於Cl-在金屬表面的氯離子作用，鎂與酸(或水)的反應速度會大大加快[7]。壹旦鎂的用量過多，課堂教學期間就會出現大量的灰白色沈澱。基於上述理論和實驗研究，我們認為異常現象的深層次原因是在不同的pH值下形成了不同化學組成的堿式氯化鎂混合物。建議在本次實驗教學中選擇稀硫酸作為教材是合理的，不宜隨意更改。即使使用稀鹽酸，也要註意鎂帶的用量要少於更多。
3.2異常現象的處理
以實驗為基礎是化學的重要特征之壹。化學實驗是向學生提供感性知識的手段，是培養學生科學態度和探究精神的有效途徑。教學改革背景下的實驗教學是壹種平等、開放、動態的對話與交流。由於影響化學實驗的因素多種多樣，在具體操作過程中往往會出現壹些意想不到的、難以理解的異常，教學過程也會意味著更多的不確定性[8]。在眾多異常現象中，有些可以用學生已經掌握的知識進行合理解釋，有些則在學生目前的知識背景下無法解釋。但能否暫時得到解釋，並不妨礙這些反常現象成為我們的教學資源。教師要敢於打破預設框架，調整教學策略，緊跟學生思維發展步伐，積極進行課堂創新，及時開展實驗探究活動，引導學生思維向更深層次發展。
參考資料:
主編王祖浩。高中標準實驗教材化學1(必修)[M]。南京:江蘇教育出版社，2007: 56。
周公度。化學詞典(第二版)[M]。北京:化學工業出版社，2011: 438。
[3]範艷華，陳麗娟。鋁箔與不同濃度鹽酸反應“異常現象”的研究[J].化學教學，2011，(3): 42 ~ 43。
[4][7]向太平。鋁與鹽酸反應中的灰色物質研究[J].化學教學，2004，(3): 11 ~ 12。
陳，陸雙雙，夏美生，等.堿式氯化鎂晶須的制備及應用進展[J].材料指南(綜述)，2009，(4): 52 ~ 55。
李春仲，顧青山，程麒麟，等.針狀堿式氯化鎂的合成及形態分析[J].華東理工大學學報(自然科學版)，2005，(6): 314 ~ 318。
[8]任，。高中化學教學難點問題分析[M]。杭州:浙江教育出版社，2015: 133。