镁铝与水反应的辩证关系

化学作为一门自然科学，含有丰富的辩证唯物主义思想素材，教学中，如果能对教材进行深入的挖掘，将哲学原理与化学典型事例相互联系，相互印证，一方面可以极大地丰富教学内容，同时又能引导学生学习运用哲学的普遍原理去解释典型事例，揭示反应的本质,这对于提高学生分析问题、解决问题的能力将产生积极的影响。镁铝与水之间反应便即是一个很好范例。
　　
　　唯物辩证法认为：在事物的发展过程中，内因和外因都是不可缺少的，都能起作用，但作用又是不同的，内因是事物发展的根据，外因是变化的条件，外因通过内因而起作用。对于镁铝来讲，二者均是较活泼的金属，从其本身所具有的能力来讲（内因），完全有能力与水发生置换反应放出氢气（EAl3+/Al = -2.375V、 EMg 2+/Mg= -1.67V、 EH2O/H2= -0.414V）。 但事实上，在通常条件下，镁铝并不与水反应，其原因是因为当镁铝与水反应后，均会生成难溶性的氢氧化镁和氢氧化铝，覆盖在镁铝的表面，阻止了内部金属与水的接触，使金属“钝化”，反应便停止了。因此在镁铝与水进行反应时，要想使反应顺利地进行，关键是要消除阻止反应进行的氢氧化镁和氢氧化铝这一“保护层”，满足了这一条件（外因），镁铝就可与水反应了。
　　
　　根据以上的分析，在教学中一方面可以运用这一关系清晰地解释镁铝与某些溶液反应的本质，另一方面还可以运用这一关系创造一些条件让镁铝与水反应。
　　
　　１、对镁与铵盐溶液反应的认识：
　　
　　镁能与铵盐溶液反应放出氢气，从上述对内外因的关系分析来看，这首先是由于浓的铵盐溶液能溶解氢氧化镁这一“保护层”：
　　
　　Mg(OH)2+2NH4+=Mg2++2NH3H2O
　　
　　这样消除了阻止反应进行的氢氧化镁，镁便与水顺利地接触，从而反应放出了氢气：
　　
　　Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2 ­
　　
　　总反应为：
　　
　　Mg+2H2O+2NH4+=Mg2++2NH3H2O+H2­
　　
　　对于这一反应，往往有学生会错误地认为这是由于铵离子水解使溶液显酸性，镁才与之反应放出氢气，但事实上，镁还可以与显中性的醋酸铵溶液反应放出氢气，显然这一认识是错误的。由此也不难看出，该反应的本质是镁与水进行了置换反应。
　　
　　２、对铝与强碱溶液反应的认识：
　　
　　铝能与强碱溶液反应放出氢气，同样从内外因的关系来看，这首先是由于强碱溶液能够溶解氢氧化铝这一“保护层”：
　　
　　Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O
　　
　　这样消除了阻止反应进行的氢氧化铝，铝便可与水顺利地反应了：
　　
　　2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2 ­
　　
　　总反应式为：
　　
　　2Al+2H2O+2NaOH=2NaAlO2+3H2 ­
　　
　　通过这样的分析很容易得出该反应的本质即是铝与水发生了置换反应，强碱只是起到了溶解氢氧化铝，也即创造铝与水顺利反应的条件的作用。应当注意的一点是，在强碱性溶液中，由水电离的氢离子浓度更小，但铝仍能与之反应放出氢气，可见铝还是相当活泼的。
　　
　　３、设计在其它条件下让镁与水反应：
　　
　　对于镁来讲，影响反应进行的氢氧化镁在镁表面的附着能力并不强，因此很容易破坏这种保护作用，使镁与水反应。如在热水中，氢氧化镁便会从镁表面脱落并部分溶解，所以镁可与热水反应放出氢气。而有些物质如氯化钠、氯化钾等，由于氯离子具有的强的穿透作用，能使氢氧化镁从镁表面脱落，这样失去保护层的镁就可与水反应了。因此当将镁条放入浓的氯化钠或氯化钾溶液中，可看到有气泡产生。
　　
　　４、设计在其它条件下让铝与水反应：
　　
　　对于铝来讲，氢氧化铝(包括Al2O3) 对铝的保护作用要比氢氧化镁强得多，热水对其无任何影响，氯化钠、氯化钾对其的影响也非常小，铝在其溶液中看不到有什么明显的变化，长期将铝置于其溶液中，铝只是会有一定的腐蚀。但我们仍可设法消除这种保护作用而让铝与水反应。“毛刷试验”是将用砂布擦拭后的铝放入溶液中，此时在铝表面上可置换析出少量汞。由于汞不均匀地吸附于铝表面，当将这样处理后的铝放在空气中，则由于汞的阻碍作用，铝表面无法形成致密的保护层，因此内部的铝会不断地被氧化而长出毛状的Al2O3，若将这样处理过的铝投入水中，同样由于汞破坏了氢氧化铝的保护作用，铝便与水不断地反应放出氢气，直至铝几乎完全消耗掉，而且在容器底部会有大量白色氢氧化铝生成。
　　
　　教学中可以根据以上的分析补充一些小实验，这样可以让学生充分地理解镁铝与水反应中的内外因关系，增强学生对反应本质的认识。同时，引导学生运用哲学的原理去分析问题、解决问题，将化学中的一些看似零散的、孤立的问题统一在哲学的普遍原理之下，能够使学生更加清晰地、全面地分析和解决问题，这对于培养学生的科学素质是很有意义的。