实验：氧化镁的实验式

测定氧化镁的实验式，是把摩尔概念变成实验结果的经典实验。通过让金属与氧化合、并在反应前后称量，你测出参加反应的质量，再把它们换算成摩尔比，而这正是实验式的含义。

它是摩尔概念、化学式与方程式一章里考得最多的实验之一。本指南列出方法、观察，以及实验考试所看重的试卷三技能。

目的

通过求出镁在空气中加热时，化合的镁原子摩尔数与氧原子摩尔数之比，测定氧化镁的实验式。

仪器与材料

• 镁带
• 带盖坩埚
• 泥三角
• 三脚架与本生灯
• 坩埚钳
• 电子天平
• 砂纸（或金刚砂纸）
• 耐热垫

步骤

1. 用砂纸把一段镁带擦净，除去氧化层，然后把它松松地卷起。
2. 称量空坩埚连同坩埚盖，记下质量。
3. 把卷好的镁放进坩埚，称量坩埚、盖与镁，记下质量。
4. 把坩埚放在三脚架上的泥三角上，强烈加热。
5. 当镁开始燃烧时，用坩埚钳每隔一会儿把盖略微掀起，让更多空气进入，再迅速盖回，阻止白烟逸出。
6. 继续加热，直到镁全部反应、只剩白色灰烬为止。
7. 让坩埚冷却，然后称量坩埚、盖与内容物，记下质量。
8. 再加热坩埚几分钟，冷却，再次称量。
9. 重复加热、冷却与称量，直到质量不再变化（质量恒定），记下最终质量。

预期观察

镁带以明亮、耀眼的白色火焰燃烧，放出白烟。有光泽的灰色镁带被柔软的白色粉末或灰烬取代，那就是氧化镁。

燃烧后内容物的质量大于起始镁的质量，因为空气中的氧已与镁化合。

推断与结论

质量的增加就是与镁化合的氧的质量。镁的质量由加热前的差值求出，氧的质量由加热后质量的增加求出。

把每种质量除以它的相对原子质量，得到镁原子与氧原子的摩尔数；把它们表示为最简整数比，就得到实验式。这个比值算得一摩尔镁对一摩尔氧，所以氧化镁的实验式是 MgO，按方程式 2Mg + O₂ → 2MgO 生成。

科学过程技能（试卷三风格）

提出假设。 镁在空气中加热时以固定的比例与氧化合，所以固定质量的镁总是与相同质量的氧化合。

辨认变量。 操纵变量是所用镁的质量；反应变量是所生成氧化镁的质量；固定变量包括空气的供应与加热到质量恒定。

列表记录数据。 画一张表，记坩埚与盖的质量、坩埚与盖与镁的质量、坩埚与盖与氧化镁的质量，使镁的质量与氧的质量能用相减求出。

作出推断。 解释为什么需要每隔一会儿掀盖：它让氧进入使反应完全，而盖回则阻止白色氧化镁烟逸出、以免降低所测质量。

操作性定义。 反应用操作方式定义为：当重复加热不再改变坩埚及其内容物的质量时，即为完成。

安全须知

• 不要直视燃烧的镁，因为强烈的白光会伤害眼睛。
• 戴安全护目镜，处理烫的坩埚只用坩埚钳，以免烫伤。
• 把烫的坩埚放在耐热垫上，切勿直接放在实验台上，以免损坏与烫伤。
• 全程把盖放在手边，以便反应过于剧烈时能盖住燃烧的镁。

常见错误

• 掀盖太宽或太频繁。 这会让白色氧化镁烟逸出，使所记的氧的质量偏小、比值出错。
• 不擦净镁带。 氧化层增加了并非纯镁的质量，改变了算出的比值。
• 没到质量恒定就停止。 若在部分镁尚未反应时停止加热，氧的质量就会偏小。
• 忽略氮化镁。 部分镁会与氮反应；保持空气流通并充分加热可减少这一副反应。

我们的老师如何使用这个实验

在一对一的 SPM化学课堂里，以英文授课、每小时 RM50 起，我们用这个实验把实验和计算连起来：懂得为什么掀盖、为什么加热到质量恒定的学生，也能写出拿满分的摩尔比运算。因为实验式题在 SPM化学 里反复出现，这套方法又是标准的试卷三实验（试卷三为实验考试，评估科学过程技能），在这里把手法和计算都掌握好，也能守住试卷二的分数。