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探讨氮化镁的几个问题           ★★★ 【字体：小 大】
探讨氮化镁的几个问题
作者：佚名    论文来源：本站原创    点击数：    更新时间：2008-12-6    
　　摘要：在空气中点燃Mg条，看不到生成的淡黄色Mg3N2，原因是生成大量MgO的同时，生成Mg3N2的量却很少，并且Mg3N2受热易升华。建议教材或教师教学用书中增加Mg在空气中燃烧生成Mg3N2的演示实验。
　　关键词：淡黄色粉末；800℃分解；700℃升华；实验探究
　
　　中学化学中经常遇到利用氮化物的性质、制备等设计的系列问题，主要表现为三种设计倾向：一是性质利用型，如用氮化物与水反应的产物构建框图推断题，主要有AlN、AgN3(叠氮化银)或Ag3N等。二是计算型，如高考题Mg3N2与水反应的计算以及Mg在不同气体中燃烧后产物质量的比较分析等。三是实验探究型，如Mg燃烧产物的探究等。
　　由于对Mg3N2的理化性质研究不够深入，加之许多的命题者想当然，导致由Mg3N2设计的系列试题存在不少问题。主要表现有：一是Mg在空气中燃烧后的问题，由于产物收集困难(挥发或以烟的形式散发)，实际状况与理论状况差异很大；二是Mg在空气中燃烧产物究竟是什么还值得探讨。
　　有老师通过热力学计算及分析，得出Mg能和N2反应生成Mg3N2的结论[1]，笔者在空气中点燃Mg条，看到有淡黄色的Mg3N2生成[2]。可是，至今不少人对Mg3N2的了解还比较肤浅，不够深刻，有的甚至有误解。下面是本人对Mg3N2的一些研究。
　　
　　1教材中的Mg3N2
　　
　　实验室里可以用加热Mg(NH2)2来制备Mg3N2：
　　
　　一般中学实验室里没有Mg(NH2)2，故此法不常用。
　　分析新课程标准要求下的高中化学教材，虽然“新课标”中没有提及Mg，但是人教版以Mg条在空气中燃烧的图片，要求学生写出所发生反应的化学方程式[3]；苏教版呈述为“镁是活泼的金属，可以与某些非金属单质、酸等物质发生反应3Mg+N2
　　Mg3N2 ”[4]。可见教材的编著者和广大教师一样，不仅认为Mg是一种重要的金属单质，还对在空气中点燃金属Mg有太多的印象，因为这是我们大家学习化学接触到的一个重要实验。
　　但遗憾的是，教材和教学参考用书未介绍Mg3N2的理化性质；实验室中没有Mg3N2成品，许多老师没有见过Mg3N2，客观导致了许多人对Mg3N2认识的偏差。
　　
　　2实验中的Mg3N2
　　
　　由于受到学生认知水平的限制，初中阶段教师只讲解生成物是MgO，高中阶段再次讲授Mg在空气中燃烧，都会进一
　　步讲解有Mg3N2生成。近年来不少书籍、期刊有关于Mg3N2知识的阐述，观点较多。不少老师因为方法不当，实验时未看到生成的淡黄色粉末，采用“以讲代做”，选择了回避或者想象应该有Mg3N2生成。面对“在空气中点燃Mg条，为什么看不到生成的淡黄色Mg3N2”的疑问，有的甚至作出“Mg3N2在800℃时可分解成Mg和N2，Mg燃烧的火焰温度高于800℃，那么即使生成Mg3N2，其在800℃时可分解成Mg和N2，Mg燃烧的火焰温度高于800℃，那么即使有生成Mg3N2，生成的Mg3N2也会分解，即燃烧的最终产物是MgO”的解释。
　　本人作如下实验设计：
　　称取自制的3g Mg3N2粉末，放在小试管中，小心翼翼地用酒精喷灯加热，发现淡黄色粉末在逐渐减少。此时，更期待着Mg3N2分解产生的Mg和空气中O2反应，试管内壁应该出现白色固体，然而固体上方1cm处的管壁却出现明显的淡黄色粉末，有着与加热NH4Cl惊人相似的现象。
　　大家知道NH4Cl受热到340℃,分解生成NH3与HCl，它们在试管壁上方冷却又重新化合成NH4Cl，莫非Mg3N2也是如此？资料显示，温度达到300℃时，Mg才能与N2化合，而Mg与O2的化合在常温下即可，也就是说如果Mg3N2受热分解出Mg，管壁上方就会出现白色粉末，事实是只看到淡黄色而非白色粉末，所以Mg3N2没有发生分解，而最可能的解释应该是Mg3N2升华后凝华。(编者按：仅凭以上实验就得出此结论，欠妥。)
　　本人又查阅相关资料：由《物理化学简明手册》[5]得知，Mg与O2、Mg与N2反应的反应速率有着很大的差别。两个反应速率公式均为直线型
　　
　　其中△m为单位面积上质量的增量，k为速率常数，t为时间。
　　公式适用条件及k值：
　　
　　注：exp是一种函数，表示自然底数e(2.718281……)的幂次方。
　　运用上述两个经验公式，计算出在475℃、550℃时，生成MgO和Mg3N2的质量之比分别为2.73×108∶1，虽然笔者目前尚未查找到适用于3500℃的速率公式，但在空气中点燃Mg条时，两种生成物质量的巨大差异可见一斑。生成大量MgO的同时，Mg3N2的生成量却很少，很难观察到淡黄色粉末。其次，生成的很少量Mg3N2在700℃时易升华(上述实验已证实)，又使得我们很难观察到淡黄色粉末。
　　事实再次说明这样一个简单的道理：既缺乏实验验证，又缺乏理论依据的猜想，只能是一种伪猜想，违背科学探究精神，这种做法应该引起我们大家的警惕。
　　化学教师在日常的教学工作中，不该回避一些看似简单，实质上内涵丰富的实验。空气中有着大量的N2，一般实验室都有金属Mg、水槽和钟罩，具备了实验条件。从这样的一个小实验，反映出我们当前中学化学实验研究还缺乏基础性。看似一些小实验、小问题，我们忽略它的探索性和研究性价值。
　　
　　3正确认识Mg3N2
　　
　　众所周知，化学实验教学在化学教学活动中占有很重要的地位。从加强教师的专业知识、从学生的认知发展水平、改变学生的学习方式、提高学生学习和参与活动的主动性与积极性出发，建议编著者在编写高中教材或在编写教师教学用书时，增加在空气中点燃Mg条生成Mg3N2的探究实验[2]，并且作出如下说明：
　　在空气中点燃镁条，不但生成氧化镁，而且还生成氮化镁。氮化镁为淡黄色粉末或块状物。相对密度为2.712，800℃时分解，在真空中700℃时升华, 氮化镁为离子型化合物，在水中迅速水解：Mg3N2+6H2O＝3Mg(OH)2+2NH3↑溶于酸，不溶于乙醇。
　　此实验也可以作为学生课余化学探究实验活动之用。
　　笔者认为，新课程的开展，需要我们踏踏实实地坚守实验这个最基本、最有效、最能体现学科本位的阵地，让我们为化学新课程的开展做一些实事，这是当务之急。
　　
　　参考文献：
　　[1]王军翔. 碱土金属和氮气的反应[J].中学化学教学参考.2005,(4)：6.
　　[2]王金龙.镁与氮气反应实验的设计[J].中学化学.2006，(3):21.
　　[3]宋心琦主编.化学1(必修)[M].北京：人民教育出版社，2004:38.
　　[4]王祖浩主编.化学1(必修)[M].南京：江苏教育出版社，2005:56.
　　[5]印永嘉主编. 物理化学简明手册[M].北京：高等教育出版社，1988:282.
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