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【深度探讨!】氧化镁与水到底能不能反应???

发布时间:2024-01-09   作者: 开云体育入口官网

  高中化学的各个版本的必修一都会安排一个章节的课程——《物质的分类》,分类思想是学习高中化学的一个核心思想。分类有利于学习复杂的物质体系,是掌握种类非常之多的化学物质性质的科学手段,分类能使众多复杂的事物高度有序化,通常可根据事物的外部特征或事物的本质特征来进行分类。

  学生升入高中后,需要构建高中的化学体系。第一步就是要对初中的分类体现进行深化。因此高中深化首先是对原有的酸碱盐体现的再次细化。引入了电离理论对酸碱盐进行了重新定义,并借助酸碱对氧化物进行了重新分类。

  查阅几个版本的教材,其中鲁科版描述的最为详细。正常授课中一般还会扩展一个知识点:氧化物与水的反应。如下图的框线部分。

  课内一般会补充如下知识点:酸性氧化物中除SiO2外都能与水反应生成相应的含氧酸;如果碱是可溶性的,其对应的碱性氧化物能与水反应生成碱,而难溶碱受热容易分解为碱性氧化物。氢氧化镁是一种难溶碱,根据以上规则认为氧化镁不能与水反应。

  但是近几年高考题或模拟题中多次出现了默认氧化镁与水能反应的题目,充足表现了“教人一粒沙,考的撒哈拉”的命题原则。举两个例子如下:

  我们截取其中第三问来进行研究。白云石CaMg(CO 3) 2煅烧后会分解为CaO和MgO的混合物,经第一次NH 4Cl浸钙后,大部分CaO被溶解,固体B应该是MgO。再以(NH 4) 2SO 4进行浸镁,这里采用了蒸氨的操作以促进MgO的溶解。这样的一个问题应该从蒸氨引起平衡正向移动入手回答。我们看一下标准答案:

  答案中直接引入了MgO与水的反应,产物氢氧化镁再与铵根离子反应。具体评分细则无从可知,不知道这里学生如果答成“氧化镁与铵根离子的反应”会不会被扣分。MgO与水的反应之前是从来就没遇到过的。

  C.降低通入SO 2气体的速率 D.通过多孔球泡向氧化镁浆料中通SO 2

  这里命题人为了考查几个平衡常数之间的计算关系,直接给出氧化镁浆料与SO 2反应的化学方程式,方程式中以Mg(OH) 2的形式出现。这个点让做题的人也有点摸不着头脑。

  那么MgO与水到底能不能反应呢?怎么和学生交代这个事情呢?作为一线教师我查阅了大量的资料发现:这样的一个问题还真的很深奥。

  查阅《无机化学》北师大版,在489页提供了该反应的活化能,经计算K10 5,反应程度很大。但是由于MgO的溶解度很小,导致该反应的动力学很弱,反应慢。

  氧化镁首先吸附周围的水,进行化学反应形成氢氧化镁表面层,这个表面层并不稳定,很快向周围水中扩散,至溶液饱和后形成沉淀;随着水化反应的进行,水化速率变慢。这是因为水化到某些特定的程度后,氢氧化镁的量增大,大量氢氧化镁沉附于水化氧化镁的周围,阻止了氢氧化镁的扩散和水分子进入氧化镁的表面。

  1、氧化镁的状态:由于工业上不同的加工方式,氧化镁的状态有很多种,其中颗粒小,接触面积大的水化活性很强,这种叫做活性氧化镁。对其他晶型的氧化镁我们不做讨论。

  2、水化的温度和时间:将活性氧化镁在25℃、45℃、65℃的水中浸泡能够获得不同的水化率[2]。

  在0-5分钟时间段内,水化程度非常快,是因为氧化镁活性高,能迅速与水发生反应。但随着反应进行,反应速率变慢,水化率曲线逐渐变得平缓。出现此现象的原因是反应前期,高活性的MgO与水反应强烈,初形成的Mg(OH) 2表面层不稳定,能很快扩散到水相内,但反应到达某些特定的程度,由于大量已生成的Mg(OH) 2沉积在MgO表面,阻止了新生 Mg(OH) 2的扩散和水与MgO的接触,水分子必须穿过Mg(OH) 2层扩散到MgO表面才 能与水继续反应,这时氧化镁的水化控速过程逐渐从化学反应控制转向扩散控制阶段。

  工业流程题中氧化镁既可以和水反应也可以不反应,这要看煅烧的温度和条件。如果产物是块状的烧结氧化镁,不能反应。如果是粉末状的活性氧化镁,可以反应。看到这个地方不由感慨:化学真的很炫啊。化学知识从课本走到实际要考虑很多的实际因素。

  [1] 汪云川,鄢僖,唐博,葛方秋.氧化镁水热合成氢氧化镁工艺条件研究 [J] 盐科学与化工,2020(8):32-36

  [2] 宗俊,颜粉鸽,等.水菱镁矿煅烧制备活性氧化镁及水化动力学研究.2019年全国镁化合物行业年会暨调结构、促融合、增效益、可持续发展论坛论文集.

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