为什么镁和稀盐酸的反应溶液是浑浊的？
文章编号:1005–6629(2016)3–0064–04中国图书馆分类号:G633.8文件识别码:b。
现在的初高中化学教材都配有比较活泼的金属与稀盐酸或稀硫酸反应取代氢气的实验。如:苏教版高中必修教材【1】在讨论镁的化学性质时，设置了镁与稀硫酸的反应:将一小段已擦去氧化膜的镁条放入试管中，然后在试管中加入一定量的稀硫酸，观察现象。
学生分组时，因为实验室稀硫酸不足，实验者临时选择了稀盐酸代替。有同学反映试管里有灰色沉淀！课后，作者让学生重复整个实验过程:用一个小试管，取0.1 mol L-1稀盐酸4 ml，加入一条长约4cm的镁带，去除氧化膜，静置一会。降水果然如期而至！
一个看似简单的中学实验，为什么会出现如此反常的现象？对此，课后，老师和学生一起进行了更深入的实验研究。
实验1 4小试管中，取0.1 mol L-1稀盐酸4 ml，再加入一定长度的去除氧化膜的镁带，观察现象，比较沉淀量。结果见表1。
结论:实验1表明，一定量的稀盐酸与少量的镁反应没有异常现象，但增加镁带的量，溶解时会产生气泡，并伴有灰色(或白色)沉淀。可见镁的多少是决定系统是否异常的原因。
那么，灰白色的物质到底是什么？为了找出原因，学生们进行了热烈的讨论，最终形成了三种有代表性的观点，然后设计了相关实验进行验证。
2.1观点1:氯化镁结晶析出
有同学认为，由于金属镁量大，反应后产生的氯化镁量过大，可能在溶液中过饱和析出。根据化学词典[2]，氯化镁为无色立方晶体，氯化镁溶于100g水中的量为54.8g(20℃)，73.0g(100℃)。说明氯化镁在室温下易溶于水，即使在20℃饱和溶液浓度也能超过5mol·L-1。
实验二将实验1的D试管放置较长时间，将上层溶液滗析，得到灰色沉淀，再加入5mL蒸馏水，沉淀量不减少。如果用小试管取相同质量的氯化镁固体(分析纯)，加入等量的蒸馏水，轻轻摇动使其完全溶解，得到澄清溶液。
可见氯化镁易溶于水，而灰白色产品的溶解性相对较差，1的观点不可信。
2.2观点2:反应后有镁粉残留
如果你做过铝箔与盐酸反应的实验，以下现象可能不会陌生:反应剧烈，气泡窜起，溶液浑浊，大量浅灰色沉淀。许多学者[3，4]证实，浅灰白色物质能与酸或强碱反应，并释放出少量气泡。因此，认为灰白色的悬浮液中应该含有细小的颗粒状铝，这是由于反应过度而从铝箔表面脱落造成的。那么，足量的镁与稀盐酸反应后的灰色沉淀，是不是也是镁粉的细小颗粒？
实验三从小试管中取出上述实验后的灰色沉淀适量，加入0.1mol·L-1稀盐酸3 ml，沉淀立即溶解消失，但无气泡产生。
如果样品是(或存在)镁粉，加入稀盐酸会产生H2。实验3的现象表明，足量镁与稀盐酸反应后得到的灰色沉淀不是细颗粒镁粉。
2.3观点3:生成氢氧化镁。
持这种观点的同学明白，镁在常温下能与水反应，是因为它的还原性比钠略低。在足量镁与稀盐酸反应的后期，可以认为残留的镁在氯化镁溶液中继续与水反应。由于溶液中氯离子的存在，金属表面的难溶产物氢氧化镁具有钻孔作用，使其脱落，破坏了内部金属的保护，使镁在室温下能不断与氯化镁溶液反应，不断产生大量气泡和氢氧化镁沉淀。
实验4从小试管中取出5mL蒸馏水，加入一小段去除氧化膜的镁带。镁带表面先形成少量气泡后消失，蒸馏水依然清澈。连续加入几滴饱和氯化镁溶液，镁带表面立即产生细小气泡，并不断溶解。约3分钟后，试管内出现白色浑浊，20分钟后，镁带完全溶解，小试管内留下大量灰白色沉淀。
在实验5中，将实验4中的灰色沉淀充分蒸馏，用水洗涤，直到最后一次向洗涤液中加入硝酸银溶液后，混浊现象不明显为止。然后加入适量0.1 mol L-1稀硝酸，沉淀立即溶解，继续滴几滴0.1 mol L-1硝酸银溶液，产生大量白色浑浊。如果用实验1中得到的沉淀重复实验，现象是相同的。
在实验6中，少量灰色沉淀被蒸馏，用水洗涤，并在室温下干燥。然后取样，按图1加热固体，用湿紫色石蕊试纸检查气体积，试纸变红；如果将另一根浸过硝酸银溶液的玻璃棒挂在试管口，会出现白色浑浊。
实验4表明镁在氯化镁溶液中能反应生成灰色沉淀。结合实验5和实验6，镁与稀盐酸或氯化镁溶液得到的沉淀样品都溶于强酸，无论是硝酸溶解的溶液还是固体样品直接加热都检测到氯的存在。所以沉淀是(或者只是)氢氧化镁的观点也是站不住脚的。
在论证和分析的基础上，把原来的想法一个个否定了。就在大家百思不得其解的时候，一个学生提出了一个新的想法:生产电解镁的原料无水氯化镁，需要在干燥的HCl气流中加热才能得到MgCl2 6H2O，如果在空气中加热会产生Mg(OH)Cl或MgO；那么，有没有可能足量的镁与稀盐酸反应生成的灰色沉淀也是碱式盐？
2.4观点4:碱式氯化镁的形成
实验7将约50ml的0.01mol·L-1稀盐酸放入小烧杯中，然后加入两段5cm的镁条，去除氧化膜。观察实验现象，用酸度计监测和读取溶液的pH值变化。实验结果如表2所示。
实验7表明，在足量的镁与稀盐酸反应过程中，溶液的pH值逐渐升高，但在酸性介质中不出现浑浊现象。只有当镁与稀盐酸(实际上是镁和氯化镁溶液)的反应体系呈弱碱性，碱度逐渐增强时，灰白色沉淀才逐渐出现并增多。根据实验5和实验6的定性检测结果，我们有理由相信，灰色沉淀是碱式氯化镁。
据文献[5]记载，碱式氯化镁结构有多种，化学通式可表示为mgx (oh) yclz mh2o(其中2x-y-z=0，0≤m≤6)，是在研究MgO与MgCl2水溶液的化学反应时首次发现的，主要存在于Mg2(oh)3cl·4h2o和Mg3(。现代科学仪器分析表明，在一定pH环境下得到的白色沉淀是各种碱式氯化镁固体的混合物，不同pH值下得到的碱式氯化镁固体产品的实测化学成分也不同(见表3)[6]。
综上所述，由于足量的镁与稀盐酸反应，溶液会经历由酸性到碱性的过程，碱度逐渐增大，从而促进灰色沉淀的形成。因为在不同pH值下产生的碱式氯化镁的化学成分也会发生变化，所以我们认为实验中得到的浊度应该是不同化学成分的碱式氯化镁的混合物。
3.1对教材实验的理解
用稀盐酸代替稀硫酸演示镁与酸的反应，由于Cl-在金属表面的氯离子作用，镁与酸(或水)的反应速度会大大加快[7]。一旦镁的用量过多，课堂教学期间就会出现大量的灰白色沉淀。基于上述理论和实验研究，我们认为异常现象的深层次原因是在不同的pH值下形成了不同化学组成的碱式氯化镁混合物。建议在本次实验教学中选择稀硫酸作为教材是合理的，不宜随意更改。即使使用稀盐酸，也要注意镁带的用量要少于更多。
3.2异常现象的处理
以实验为基础是化学的重要特征之一。化学实验是向学生提供感性知识的手段，是培养学生科学态度和探究精神的有效途径。教学改革背景下的实验教学是一种平等、开放、动态的对话与交流。由于影响化学实验的因素多种多样，在具体操作过程中往往会出现一些意想不到的、难以理解的异常，教学过程也会意味着更多的不确定性[8]。在众多异常现象中，有些可以用学生已经掌握的知识进行合理解释，有些则在学生目前的知识背景下无法解释。但能否暂时得到解释，并不妨碍这些反常现象成为我们的教学资源。教师要敢于打破预设框架，调整教学策略，紧跟学生思维发展步伐，积极进行课堂创新，及时开展实验探究活动，引导学生思维向更深层次发展。
参考资料:
主编王祖浩。高中标准实验教材化学1(必修)[M]。南京:江苏教育出版社，2007: 56。
周公度。化学词典(第二版)[M]。北京:化学工业出版社，2011: 438。
[3]范艳华，陈丽娟。铝箔与不同浓度盐酸反应“异常现象”的研究[J].化学教学，2011，(3): 42 ~ 43。
[4][7]向太平。铝与盐酸反应中的灰色物质研究[J].化学教学，2004，(3): 11 ~ 12。
陈，陆双双，夏美生，等.碱式氯化镁晶须的制备及应用进展[J].材料指南(综述)，2009，(4): 52 ~ 55。
李春仲，顾青山，程麒麟，等.针状碱式氯化镁的合成及形态分析[J].华东理工大学学报(自然科学版)，2005，(6): 314 ~ 318。
[8]任，。高中化学教学难点问题分析[M]。杭州:浙江教育出版社，2015: 133。