探讨氮化镁的几个问题

1 / 8探讨氮化镁的几个问题摘要：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2 / 8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。 3 / 8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4 / 8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5 / 8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： 6 / 8注：exp 是一种函数，表示自然底数 e()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1081，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。 7 / 83 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，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：Mg