龐興濤

【摘要】鹽類水解是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的難點，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“鹽類水解”這一內(nèi)容時，我們以氯化銨溶液與金屬鎂混合為例進行分析，該溶液我們一般認為能發(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。對于這種說法，筆者提出了兩點疑問，具體的疑問在本文進行詳細地分析。

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

《鹽類的水解》是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重點和難點。也是近年來高考的熱點之一。在高中化學(xué)教材中，涉及的知識面較寬，綜合性較強，具有很強的理論意義和實際意義，是前面已學(xué)過的電解質(zhì)的電離，水的電離平衡和水的離子積，以及平衡移動原理等知識的綜合利用。通過本節(jié)的教學(xué)不僅可以加深對強弱電解質(zhì)，離子反應(yīng)和離子反應(yīng)方程式等知識的理解，而且還可以進一步指導(dǎo)高三學(xué)生有關(guān)電解和物質(zhì)的檢測等知識的學(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。比如說水解過程中各離子濃度大小的關(guān)系，溶液中的守恒、鹽類水解的應(yīng)用問題等。

一、鹽類水解的應(yīng)用大致有以下幾個方面

（1）分析鹽溶液的酸堿性，并比較酸堿性的強弱，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要防止水解，如配制FeCl3溶液時，要向該溶液中加入適量的鹽酸。

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

（4）熱的純堿溶液有較好的去污能力，是因為升高溫度促進鹽類的水解，使純堿溶液的堿性增強，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酸弱堿鹽與強堿弱酸鹽的強烈的應(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)氮肥使用時不宜與草木灰混合使用，因為草木灰中主要含有K2CO3，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需要考慮鹽類的水解，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

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有其它物質(zhì)？

學(xué)生在解決時很容易出錯。其實，解這類題目是有規(guī)律的。金屬跟鹽溶液發(fā)生置換反應(yīng)的規(guī)律是在金屬活動性順序表中，只有排在前面的金屬才能把排在后面的金屬從它的鹽溶液中置換出來。也就是說：金屬活動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“鹽類水解”這一內(nèi)容時，我們一般認為：氯化銨溶液與金屬鎂反應(yīng)有H2放出，是因為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。對上述解釋我們提出了兩點疑問：

（一）若是按照上述機理進行反應(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，因為這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)不會有H2產(chǎn)生，因為NH4NO3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，氮氣，或其它氮的化合物，而實驗結(jié)果卻不是這樣，我們做了如下對比實驗：

首先配制25℃，0.1mol/L的NH4Cl溶液，根據(jù)一元弱堿強酸鹽水解溶液pH計算公式：pH=-0.5[lgKw+lgKb+lgC]。計算得[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。這個實驗說明，鎂粉與NH4Cl溶液反應(yīng)時，不是簡單的鎂粉與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，雖然后兩個溶液為堿性。但在此4個溶液中加入鎂粉后均有氣體產(chǎn)生，并生成白色沉淀，檢驗此氣體為氫氣，反應(yīng)速率快。

為什么會發(fā)生上述實驗現(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，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。

正是因為鎂粉與銨鹽的水溶液按上述反應(yīng)機理進行，所以，鎂粉與NH4HCO3，（NH4）2CO3，NH4NO3的水溶液反應(yīng)時，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)實質(zhì)是NH4+直接與金屬鎂反應(yīng)。

（二）一般高中教師在講解過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實驗得出以下結(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，所以，Mg和NH4Cl溶液反應(yīng)有NH3生成。

2.實驗現(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間越長。一般用1mol/L NH4Cl溶液能較好地兼顧以上兩個方面），仍能明顯生成H2，此時溶液中的H+離子減少，OH-離子增多。由于Mg（OH）2是中強堿，堿性強于NH3·H2O，所以就發(fā)生了“強”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)。

這時學(xué)生單憑初中的知識是很難判斷理解的。因此，這一類的金屬與鹽溶液的混合，涉及的反應(yīng)類型比較復(fù)雜，在初中我們不要求學(xué)生掌握。事實表明在初中化學(xué)中，簡單應(yīng)用金屬活動順序表來判斷反應(yīng)能否發(fā)生和推測反應(yīng)的產(chǎn)物，是片面的。由于反應(yīng)類型復(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：

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

責(zé)任編輯? 梁國勝