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有关探究实验的问题 - -| 回首页 | 2007年索引 | - -相同的化学实验现象背后的原理相同吗?

化学实验中一种现象的多种解释

                                      


学习化学过程中常会出现一种现象多种解释的问题,要确信哪种解释比较合理,可采用逻辑推理方法,也可用实验验证的方法,但都少不了相关的基本知识。将此类问题编辑在一起成为专题,不仅有利于巩固和深化相关的知识,还有利于训练学生思维的敏捷性、严密性、整体性和创造性,培养学生“能将实际问题(或题设的情景)分解,找出应答的关键,能选择和调用自己贮存的知识块,将它们加以分解、迁移、转换(联想、类比、模仿、改造)、重组,使问题得到解决;并能用文字(或语言、图表)来表达自己答案的应用能力[1]。”

1关于褪色原因解释

[1]H2O2加入滴有酚酞的NaOH溶液中,红色褪去,可能原因是:H2O2氧化酚酞而褪色;②H2O2因为弱酸性,中和NaOH而褪色。请设计实验证明哪种褪色原因。

[相关知识]有机色素的褪色常见主要有2种。一种是色素结构被氧化破坏,具有不可逆性,如HClONa2O2H2O2O3等使酚酞、品红等溶液褪色;另一种是色素与某物质结合生成无色物质,色素主体结构未受破坏,是暂时的、可恢复的,如SO2使品红溶液、滴有NaOH的酚酞溶液褪色。

有关酚酞遇某物质褪色的原因,已有较多的研究。如“酚酞变色机理”[2]、“漂白剂对酸碱指示剂的作用”[3]等。

[分析]此题首先对H2O2的不稳定性、强氧化性及H2O2的水溶液(双氧水)的弱酸性和相关的用途(如漂白性等)有完整的了解。

若是H2O2的弱酸性引起的,联想到中和滴定时指示剂的颜色变化,设计实验证明哪种褪色原因,可在褪色后的溶液中再加入几滴NaOH溶液,若溶液不再变红色则为原因1,否则为原因2

[2]已知下列实验现象:①取0.8g过氧化钠与20mL水反应放出氧气后,往溶液中加酚酞试液,发现溶液先变红,后又很快变为无色。②氢氧化钠稀溶液加酚酞试液,溶液变红,再加一块氢氧化钠固体,红色褪去。

请设计实验说明过氧化钠与水反应后的溶液使酚酞变红褪色的原理。

[相关知识]过氧化钠本身并不能使酚酞试液褪色,过氧化钠与水作用发生如下两步反应:Na2O2+2H2O2NaOH+H2O22H2O22H2O+O2↑。有关更详细的定性、定量研究可参考“过氧化钠使红色酚酞溶液褪色的实验分析”[4]、“过氧化钠与水反应系列实验的研究报告”[5]、“过氧化钠与水反应的实验再探讨”[6]

[分析解答]此题是探讨过氧化钠与水反应的产物中哪一种使酚酞溶液褪色。也许学生对过氧化钠与水反应分步进行不怎么了解,但根据题目所给信息,通过实验肯定或否定原因2,仍可解出。即向已褪色的溶液中逐滴加入稀盐酸,若出现溶液变红色过程即是原因2,若始终未出现变红色过程即是原因1

[3]用滴管将新制的饱和氯水慢慢滴入含酚酞的NaOH稀溶液中,当滴到最后一滴时,红色突然消失,试用文字简要说明产生上述现象的2种可能原因。

(1)___________(2)__________

简述怎样用实验证明红色褪去的原因是1还是2?

[分析]新制的饱和氯水是一种特殊的溶液,其中含有具有酸性的盐酸和次氯酸,具有强氧化性的氯单质和次氯酸。含酚酞的NaOH稀溶液显红色,红色褪去的原因不外乎是NaOH被反应或者是酚酞被氧化。

[解答](1)①氯水呈酸性中和NaOH溶液所致;②氯水中的HClO有强氧化性可分解出氧,可漂白显色物质。

(2)向褪色的溶液中回滴NaOH溶液,若红色再出现是原因①,若不再出现红色则是原因②。

2关于电解质溶液

[4]新教材[7]第二册“五、在有Mg(OH)2(s)存在的饱和溶液中,存在着如下平衡:

Mg(OH)2(s)<=>Mg2+ + 2OH-,向该饱和溶液中分别加入固体CH3COONaNH4Cl时,固体Mg(OH)2的质量有什么变化?说明原因。”

[相关知识]在中学化学教材的电解质溶液知识中学习了2个重要的平衡即电离平衡和水解平衡,是化学反应平衡知识的应用和延伸。化学平衡影响因素在电解质溶液中表现得更加细致、丰富,如温度、外加的酸、碱、盐等都有可能影响平衡。有些离子在水溶液中本身就有2种平衡并存的现象,只不过是哪一种平衡占主导而已,并且外界因素也可使主次平衡发生变化。在某平衡体系中加入弱酸根或弱碱的阳离子时,既要考虑加入离子的水解对另一平衡的影响,又要兼顾加入离子的本身对另一平衡的直接影响。

[分析]向该饱和溶液中加入固体CH3COONa的影响,易得出因为CH3COO-水解产生了OH-,使Mg(OH)2(s)<=>Mg2+ + 2OH-的电离平衡向逆方向移动,所以固体Mg(OH)2的质量增加。

这一结论值得商讨,饱和Mg(OH)2溶液中的c(OH-)约为10-4mol/L,而饱和CH3COONa溶液中的c(OH-)<10-4mol/L,很难使平衡向生成Mg(OH)2的方向移动,所以仅仅从这一角度分析较难得出这一结论。

在分析解释加入固体NH4Cl使固体Mg(OH)2的质量减少的原因时,由于对NH+4水解性质的惯性思维,完全套用了加入固体CH3COONa的影响来解释,刚好进入本题设好的圈套中。除了NH+4水解产生的H+OH-有影响,NH+4OH-也有直接的影响,且后者的直接影响要大得多。

加入CH3COONH4固体也能使固体Mg(OH)2的质量减少,而CH3COONH4溶液接近中性,更加说明了NH+4OH-的直接的影响。更直接的看法是:Mg(OH)2是中强碱,碱性强于NH3·H2O,所以发生了“强”碱替换弱碱的反应[8]

[解答]向该饱和溶液中加入固体CH3COONa,固体Mg(OH)2的质量几乎不影响,由于发生CH3COO-+H2O<=>CH3COOH+OH-,产生的OH-浓度不够大,难以使Mg(OH)2的电离平衡向逆方向移动。向该饱和溶液中加入固体NH4Cl,固体Mg(OH)2的质量减少,由于NH+4Mg(OH)2的电离出的OH-结合生成NH3·H2O,使Mg(OH)2的电离平衡向正方向移动。

[5]已知250.1mol/L醋酸溶液的pH约为3。向其中加入少量醋酸钠晶体,待晶体溶解后发现溶液的pH增大。

对于上述现象有2种不同的解释:甲同学认为醋酸钠水解呈碱性,增大了c(OH-),因而溶液的pH增大;乙同学认为醋酸钠溶于水,电离出大量醋酸根离子,抑制了醋酸的电离,使c(H+)减少,因此溶液pH增大。(已知:25时,0.1mol/L氨水的电离度为1.3%0.1mol/L醋酸的电离度为1.3%)你认为上述2种解释(“甲”或“乙”)正确。

为了验证上述哪种解释正确,继续做如下实验:0.1mol/L的醋酸溶液中加入少量下列物质(填写编号),然后测定溶液的pH

A.固体CH3COOK

B.固体CH3COONH4

C.气体NH3

D.固体NaHCO3

[分析]本题同样也是要考虑CH3COO-水解产生的OH-对醋酸电离平衡的影响和CH3COO-直接对醋酸电离平衡的影响谁占主导。

[解答]乙、B






【作者: 长空星雨】【访问统计:】【2007年12月16日 星期日 21:14】【注册】【打印

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