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例析高中化學(xué)十誤區(qū)

2016-04-14 07:28:05周興偉
中學(xué)化學(xué) 2015年9期
關(guān)鍵詞:丁達爾弱酸氫氧化鋁

周興偉

誤區(qū)一:氯化氫、氯化鈉溶于水是物理變化的誤區(qū)

分析 化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊的化學(xué)鍵斷裂新的化學(xué)鍵生成。如果按此原理解釋,那么氯化氫、氯化鈉溶于水發(fā)生電離形成對應(yīng)的離子,只存在舊鍵斷裂而沒有新的化學(xué)鍵形成,應(yīng)該都屬于物理變化。

那么在教學(xué)中,有些學(xué)生就會問:氯化氫溶于水生成水合氫離子不也是有新鍵形成嗎?

對此可做如下解釋:

其實溶解的過程包括兩個方面:一個是擴散過程,另一個是水合過程。二者溶于水時既有擴散又會形成水合離子,所以氯化鈉、氯化氫溶于水既是物理變化又是化學(xué)變化。但從矛盾的主要方面來看,氯化鈉是以擴散過程為主,溶于水是物理變化,而氯化氫溶于水則是以水合過程為主,是化學(xué)變化。

誤區(qū)二:具有丁達爾現(xiàn)象的分散系一定是膠體的誤區(qū)

分析 丁達爾現(xiàn)象是區(qū)分膠體和溶液的最簡單方法。那么是否能夠發(fā)生丁達爾現(xiàn)象的分散系一定是膠體呢?

在光的傳播過程中,當(dāng)光線照射到粒子時,如果粒子大于入射光波長很多倍,則發(fā)生光的反射;如果粒子小于入射光波長,則發(fā)生光的散射,這時觀察到的是光波環(huán)繞微粒而向其四周放射的光,稱為散射光或乳光。丁達爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或稱乳光現(xiàn)象。由于溶液中粒子大小一般不超過1 nm,而膠體粒子介于溶液中溶質(zhì)粒子和濁液粒子之間,其大小在1 nm~100nm,小于可見光波長(400 nm~750 nm),因此,當(dāng)可見光透過膠體時會產(chǎn)生明顯的散射作用。而對于真溶液,雖然分子或離子更小,但因散射光的強度隨散射粒子體積的減小而明顯減弱,因此,真溶液對光的散射作用很微弱。此外,散射光的強度還隨分散體系中粒子濃度增大而增強。

所以說,膠體能有丁達爾現(xiàn)象,而溶液幾乎沒有,可以采用丁達爾現(xiàn)象來區(qū)分膠體和溶液。

實驗證明,當(dāng)有光線通過懸濁液時有時也會出現(xiàn)光路, 但是由于懸濁液中的顆粒對光線的阻礙過大,使得產(chǎn)生的光路很短。濁液也有丁達爾現(xiàn)象,特別是分散質(zhì)的微粒接近100nm的時候,隨著微粒的直徑加大,濁液的丁達爾效應(yīng)減弱或消失。應(yīng)該說丁達爾效應(yīng)是區(qū)分膠體與溶液的方法,而不是用來判斷膠體的。

誤區(qū)三:氫氧化鋁與酸堿反應(yīng)的誤區(qū)

1.氫氧化鋁只能與強酸不與弱酸反應(yīng)的問題

分析 比如氫氟酸雖是個弱酸,但是它可以比同濃度下的鹽酸更迅速地溶解氫氧化鋁,原因在于生成的三氟化鋁進一步和氫氟酸配合形成極易溶于水且很穩(wěn)定的六氟合鋁酸(H3AlF6),而鹽酸和氫氧化鋁反應(yīng)通常只生成三氯化鋁,由于三氯化鋁易水解沒有前者穩(wěn)定,所以氫氟酸這個弱酸反而比同濃度的鹽酸、硫酸等強酸溶解氫氧化鋁速度要快。注意:只能說不易和弱酸反應(yīng),并不一定是絕對不反應(yīng)。新制備的氫氧化鋁是可以溶解于酸的,其中也包括中強酸和大部分弱酸,但是比醋酸弱的酸,就不易溶解氫氧化鋁了(如碳酸、硼酸、氫硫酸、氫氰酸等就不和氫氧化鋁反應(yīng))。然而久置的氫氧化鋁就變得不易溶于酸了(包括強酸)。另外,氫氧化鋁和酸的反應(yīng)也取決于生成的鋁離子是否和酸根形成穩(wěn)定的配合物。(中學(xué)階段的考試可以認(rèn)為不反應(yīng))

2.氫氧化鋁溶于強堿而不易和弱堿反應(yīng)的問題

分析 如氨水,如果是稀氨水,則幾乎不與氫氧化鋁反應(yīng);如果是濃氨水,由于OH-濃度相對較大,則會有部分氫氧化鋁溶解,但是生成的偏鋁酸銨部分水解為氫氧化鋁,一部分氫氧化鋁又被濃氨水溶解為偏鋁酸銨,則形成動態(tài)的化學(xué)反應(yīng)平衡。

但是可以認(rèn)為氫氧化鋁不和難溶性堿反應(yīng),原因是溶液中的OH-濃度極小。

誤區(qū)四:濃硫酸溶于水是物理變化的誤區(qū)

分析 當(dāng)硫酸溶解于水時,一方面是硫酸分子擴散在水里,在這個物理過程里,要吸收一定的熱量;另一方面又發(fā)生化學(xué)過程,即硫酸分子跟水分子之間有強的化合能力,生成水合氫離子。

硫酸跟水生成相當(dāng)穩(wěn)定的水合物,如H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等(在低溫時這些水合物可從溶液里以晶體形式析出)。由于形成水合氫離子和各種水合物時放出大量的熱(1 mol硫酸在20°C時與過量的水混合,溶解熱為85.5 kJ),放出的熱量多于吸收的熱量,因此,稀釋濃硫酸時會放出大量的熱,其溶于水的過程是化學(xué)反應(yīng)。

誤區(qū)五:原電池中較活潑的金屬為負極,較不活潑的金屬為正極的誤區(qū)

分析 這句話在大多數(shù)情況下是對的。但是如果是Mg、Al連接放入NaOH溶液中,哪一個是負極?如果是Cu、Al連接放入濃硝酸中,哪一個是正極?

原電池中的正負極是由電極電位所決定的,而電極電位與相關(guān)條件(如介質(zhì))有關(guān)。以上所說兩例中均是較不活潑的金屬為負極,而原來的描述對于初學(xué)者來說也并無不妥,關(guān)鍵是在理解時應(yīng)該清楚它不是什么公理公式,只是在大多數(shù)情況下如此判斷。

我們知道,原電池反應(yīng)實質(zhì)是自發(fā)的氧化還原反應(yīng),所以對這種問題我們不妨換個角度看:把正極和負極兩種金屬組成的合金投入溶液,哪種物質(zhì)反應(yīng)或哪種物質(zhì)更容易自發(fā)的與電解質(zhì)溶液反應(yīng),它就是負極。

誤區(qū)六:氧化還原反應(yīng)中,氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物,還原劑的還原性大于還原產(chǎn)物的誤區(qū)

分析 這句話本身并沒有問題,但應(yīng)該注意的是:

1.該規(guī)律成立的前提是自發(fā)的氧化還原反應(yīng)。

2.通過某些反應(yīng)比較判斷出的強弱順序不一定能引申到其他反應(yīng)中。

如果把該規(guī)律引申到非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)中,那就是錯誤的。如若從電解水反應(yīng)中得出H2O的氧化性大于O2,那就違背事實了。

物質(zhì)的氧化性和還原性強弱(實際是電極電位高低)與物質(zhì)的本性、外界條件(如溫度、濃度、酸堿性等)有關(guān)。物質(zhì)本身的性質(zhì)才是主要影響因素,但當(dāng)本身氧化性(或還原性)強弱比較接近時,外界條件的改變可以顛倒其順序。如:

而電鍍鋅時陰極上卻是Zn2+放電而非H+。因此在比較氧化性(或還原性)強弱時應(yīng)該是有前提的(即反應(yīng)發(fā)生時的條件),不能隨意引申,否則就會得出相反的結(jié)論。

誤區(qū)七:完全由非極性鍵構(gòu)成的分子是非極性分子的誤區(qū)

分析 人教版選修三《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》(只含非極性鍵的分子一定是非極性分子)。大多數(shù)情況的確如此,但O3是完全由非極性鍵組成的,如果說它是非極性分子,卻是錯誤的。

實際上判斷一種物質(zhì)是極性分子還是非極性分子,應(yīng)該看分子的正電中心和負電中心是否重合,而正負電荷中心是否重合,可通過觀察其空間結(jié)構(gòu)是否關(guān)于中心對稱來判斷。O3分子結(jié)構(gòu)是V形,分析其成鍵情況知:中心氧原子與兩邊的氧原子電子云并不相同(有點類似SO2),所以鍵還是有點極性的,因而分子也是有極性的,這點也可以從O3性質(zhì)得到證明(沸點160.6K比O2沸點90K高不少、在水中溶解性比O2大10倍)。

誤區(qū)八:復(fù)分解反應(yīng)條件之一是生成難溶物質(zhì)的誤區(qū)

分析 新、舊人教版教材在闡述復(fù)分解反應(yīng)的條件時都說“復(fù)分解反應(yīng)條件之一是生成難溶物質(zhì)”。其實這樣說會給學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生誤區(qū),不少學(xué)生會認(rèn)為只有生成難溶物質(zhì)才會有沉淀。實際上在一定條件下,溶質(zhì)的量只要超過溶解度所允許值,不論難溶物質(zhì)還是易溶物質(zhì)都能沉淀,(如向飽和碳酸鈉溶液中通CO2就會析出沉淀),反應(yīng)也就因此而發(fā)生了(誤區(qū)是學(xué)生往往把生成沉淀和析出晶體分開來理解,而從溶解平衡角度來說這實際是一回事)。建議教材把“復(fù)分解反應(yīng)條件之一是生成難溶物質(zhì)”改成“復(fù)分解反應(yīng)條件之一是生成沉淀”,這樣會更嚴(yán)謹(jǐn)。

中學(xué)化學(xué)中由微溶物轉(zhuǎn)化成難溶物、難溶物轉(zhuǎn)化成難溶物、易溶物轉(zhuǎn)化成易溶物(沉淀)的例子并不少,可以讓學(xué)生從溶解平衡角度來理解復(fù)分解反應(yīng),這樣在知識上和能力上都會得到提高。反之,有些學(xué)生總是很難理解為什么侯氏制堿法中NaHCO3會生成且析出。

誤區(qū)九:弱堿陽離子與弱酸根不能大量共存的誤區(qū)

分析 弱堿陽離子與弱酸根不能大量共存,這不能一概而論。

在中學(xué)階段不少資料上的離子能否共存習(xí)題中都認(rèn)為:弱堿陽離子與弱酸根因發(fā)生雙水解而不能大量共存,這是錯誤的。如醋酸銨、碳酸氫銨等就是弱堿陽離子與弱酸根可以大量共存的例子(如NH+4和HCO-3、CO2-3、S2-、HS-等雙水解不能進行到底而能大量共存)。而有些弱堿陽離子與弱酸根互促水解程度大,甚至生成沉淀或氣體脫離反應(yīng)體系而不能大量共存(如Al3+和HCO-3、CO2-3、S2-等),所以在命題和教學(xué)中應(yīng)該注意加以區(qū)分,不能犯科學(xué)性錯誤。

誤區(qū)十:Ca2+與HCO-3能大量共存的誤區(qū)

有些離子不能大量共存,但在中學(xué)化學(xué)階段卻誤認(rèn)為能大量共存,如從澄清石灰水中通入CO2先有沉淀后溶解,就認(rèn)為Ca2+與HCO-3能大量共存就是不對的。

將0.05 mol/L CaCl2與0.50 mol/L NaHCO3兩溶液相混合卻發(fā)現(xiàn)可以生成CaCO3沉淀。理論上分析,當(dāng)NaHCO3溶液的物質(zhì)的量濃度低于0.50 mol/L、CaCl2溶液的濃度低于1×10-5 mol/L時,或二者的濃度都很小時,相互滴加就難以觀察到渾濁。而中學(xué)化學(xué)中這一實驗一般是定性實驗,所以配制的溶液濃度都不會太低,因此,認(rèn)為Ca2+與HCO-3能大量共存,似乎不太妥當(dāng)。

不僅如此,若用0.08 mol/L的BaCl2溶液代替CaCl2溶液,也能產(chǎn)生明顯渾濁現(xiàn)象。而由澄清石灰水制的Ca(HCO3)2濃度是很稀的,故能溶解。

理論和實驗都證明:NaHCO3溶液和CaCl2溶液濃度越低越難產(chǎn)生渾濁。所以筆者認(rèn)為:Ca2+與HCO-3能大量共存是缺乏理論依據(jù)的。

總之,化學(xué)基本觀念的形成既不可能是空中樓閣,也不可能通過大量記憶化學(xué)知識自發(fā)形成,它需要學(xué)生在積極主動的探究活動中,深刻理解有關(guān)化學(xué)知識和核心概念,并通過在新情景中的應(yīng)用,不斷提高頭腦中知識的系統(tǒng)性和概括性水平,逐步形成對化學(xué)的總括性認(rèn)識。通過實驗探究完善對知識的整合,提高學(xué)生的知識水平和思維能力,在解決實際問題時就不會陷入知識誤區(qū)。

(收稿日期:2015-05-18)

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