镁与碳酸氢钠溶液能反应吗？

绍兴一中分校吴文中

【反应的可能性分析】

Ø        计算方法1

总反应：

2Mg+ 2HCO₃^-+H₂O =Mg(OH)₂·Mg CO₃+2H₂+CO₃^2-

因为总反应=①´2-②´2-③-④ +⑤´2

所以总反应的平衡常数K= ｛k_①÷（k _②²´k_③ ´k_④）｝´ K_W²≈2.03×10⁷³

（因为k_①是标准的氧化还原反应常数，无需平方）

说明：

u      镁和水反应的氧化还原反应估算常数为k _①=1X10⁶⁴

u      碳酸二级电离常数k_②= 5.61X 10^-11

u      Mg(OH )₂ 沉淀溶解的k_③=5.6X 10^-12

u      Mg CO₃沉淀溶解的 k_④=2.24X 10^-11

Ø        计算方法2

假设平衡后，溶液中的C（CO₃^2-）= C（HCO₃^-）= C（OH^-）=1molL^-1

则：E^θ(MgCO₃)/Mg) =E^θ(Mg²⁺/ Mg) + (0.0592÷2) lg c(Mg²⁺)

               =E^θ(Mg²⁺/ Mg) + (0.0592÷2)lg Ksp(MgCO₃)

               = -2.363 + (0.0592÷2)lg 2.24´10^-11

               = -2.678

E^θ(Mg(OH)₂)/Mg) =E^θ(Mg²⁺/ Mg) + (0.0592÷2)lg c(Mg²⁺)

               =E^θ(Mg²⁺/ Mg) + (0.0592÷2)lg Ksp｛Mg(OH)₂｝

               = -2.363 + (0.0592÷2)lg 5.6´10^-12/2

               = -2.696

E^θ(HCO₃^-/H₂) =E^θ(H⁺/ H₂) + (0.0592÷2)lg c²(H⁺)

            =E^θ(H⁺/ H₂) + (0.0592÷2)lg K_a｛HCO₃^-｝

            = 0 + (0.0592÷2)lg (5.61´10^-11)²

            = -0.606

E^θ_电池=（-0.606）-（-2.696）=2.09

因为 (其中n=2 Eθ=2.09V)

所以K^θ=10^70.6=3.98´10⁷⁰

考虑到不同计算方法的误差，可以认为两种方法的计算不存在显著差异，在误差范围内，可以采用。

计算结果表明，本反应完全可以发生。

结论：该过程的平衡常数非常的大，为10⁷⁰左右，是否计算错误不得而知。但请注意的是，平衡常数大，并不等于反应速率大。

Mg(OH)₂·Mg CO₃是否是最后的产物有待证明。因此写成nMg(OH)₂·mMg CO₃更恰当。

【实验】

有一个学生从实验老师那里要来了Mg片,用砂纸擦去表面氧化膜后,分别加入浓度均为1 mol/L NaOH、Na₂CO3和NaHCO₃3种溶液3种溶液中,惊讶地发现,Mg片竟在NaHCO3溶液中迅速反应,产生大量气泡并有白色不溶物产生。Mg片在NaOH、Na₂CO₃溶液中无明显反应现象。经实验分析，该气体是H₂。

【典型例题】资料显示：镁与饱和碳酸氢钠溶液反应产生大量气体和白色不溶物。某同学设计了如下实验方案并验证产物、探究反应原理。

（1）提出假设

实验I：用砂纸擦去镁条表面氧化膜，将其放入盛有适量滴有酚酞的饱和碳酸氢钠溶液的试管中，迅速反应，产生大量气泡和白色不溶物，溶液由浅红变红。

该同学对反应中产生的白色不溶物做出如下猜测：

猜测1：白色不溶物可能为           。

猜测2：白色不溶物可能为MgCO₃。

猜测3：白色不溶物可能是碱式碳酸镁[xMgCO₃·yMg(OH)₂]。

（2）设计定性实验确定产物并验证猜测：

（3）为进一步确定实验I的产物，设计定量实验方案，如图所示：

称取实验Ⅰ中所得干燥、纯净的白色不溶物22.6 g，充分加热至不再产生气体为止，并使分解产生的气体全部进入装置A和B中。实验前后装置A增重1.8 g，装置B增重8.8 g，试确定白色不溶物的化学式                 。

（4）选做：请结合化学用语和化学平衡移动原理解释Mg和NaHCO₃溶液反应产生大量气泡的原因_________。

（1）猜测1：Mg(OH)₂ （1分）

（2）①氢气   ②稀盐酸（合理均可）   ③ 产生气泡，沉淀全部溶解    ④CO₃^2-（各1分）

（3）2MgCO₃·Mg(OH)₂  或 Mg(OH)₂·2MgCO₃  或   Mg₃(OH)₂(CO₃)₂      

（4）NaHCO₃溶液中存在如下平衡：HCO₃^-H⁺ +CO₃^2-、H₂O H⁺+OH^-；Mg和H⁺反应生成H₂和Mg²⁺，Mg²⁺跟OH^-、CO₃^2-生成难溶物Mg(OH)₂·2MgCO₃，则H⁺、OH^-、CO₃^2-的浓度均降低，促使上述两平衡均向右移动。故Mg和饱和NaHCO₃溶液反应产生大量气体H₂。