[化学反应原理]教材中若干问题的释疑

在使用新课标实验教材《化学反应原理》 模块的教学中, 发现有许多与原来教材内容的不同之处。本文对于其中一些普遍的疑难问题及解决方案进行阐释, 以帮助广大教师更好地理解和使用新教材。

问题1: 关于盐桥的作用

“化学能转化为电能”, 其中的电池提到了双液电池的盐桥问题。在此引入盐桥有什么必要性? 盐桥的作用又是什么?

简单来说, 双液电池使用盐桥目的就是为了消除液间电势, 盐桥中的阴离子和阳离子通过定向移动进入到阴极池和阳极池使双液电池形成闭合回路。

液接电位是指当组成或活度不同的两种电解质接触时, 在溶液接界处由于正负离子扩散通过界面的离子迁移速度不同造成正负电荷分离而形成双电层, 这样产生的电位差称为液体接界扩散电位, 简称液接电位。液接电位是引起电位分析误差的主要原因之一。在两种溶液之间插入盐桥以代替原来的两种溶液的直接接触, 即可达到减免和稳定液接电位的目的。

用作盐桥的溶液需要满足以下条件: 阴阳离子的迁移速度相近; 盐桥溶液的浓度要大; 盐桥溶液不与溶液发生反应或不干扰测定。盐桥作用的基本原理是: 由于盐桥中电解质的浓度很高, 两个新界面上的扩散作用主要来自盐桥, 故两个新界面上产生的液接电位稳定。又由于盐桥中正负离子的迁移速度差不多相等, 故两个新界面上产生的液接电位方向相反、数值几乎相等, 从而使液接电位减至最小以至接近消除。常用的盐桥溶液有: 饱和氯化钾溶液、4.2mol/LKCl、0.1mol/LLiAc和0.1mol/LKNO3等。

问题2: 关于电极反应中电子书写的位置

在教材中, 书写阳极反应时, 失电子不再表示在连接符左边“- e- ”, 而改为在右边“+e- ”。

这两种书写电极反应的方式本质一样。鲁科版的教材之所以改为现在的写法, 据编者介绍是为了跟大学化学电化学的写法统一。所以, 从原则上来说, 既可以按现有方法教授, 亦可延续原来的写法, 考试评价时应该两种写法均可。

问题3: 关于原电池中的“阴、阳极”的界定

提到“发生氧化反应的电极叫做阳极, 发生还原反应的电极叫做阴极。”铜锌原电池装置及其工作原理示意图中, 将负极锌也同时标注了“阳极”、正极也同时标注了“阴极”。

可能有些教师会有疑问: 是不是原电池的正负极也可以直接描述为阴、阳极?

从化学学科角度来讲, 在电化学的内电路, 两极应该称为阴阳极, 在外电路则称为正负极。教材在原电池里标出内电路的阴阳极, 是为了和电解池统一。在考查中, 不要求学生判断原电池内电路的阴阳极。

问题4: 关于电镀阳极材料选择

“ 在电镀槽中, 镀件做阴极, 可以用镀层金属做阳极, 利用其阳极溶解提供镀层金属, 也可以用惰性电极材料做阳极, 镀层金属则由电镀液提供; 电镀液通常采用含有镀层金属离子的盐溶液。”

这与以前版本要求“阳极必须是镀层金属”有了差异, 应该说现在教材的说法是更严密的。那么, 处理常见电镀阳极材料选择的题目时我们该如何处理呢?

例1: 电镀银时, 下列物质可做阳极电极材料的是( )

A.Ag B.Cu C.Pt D.C( 石墨)

按照原来的标准, 应选A, 若按现在的标准, 应选“A、B、C、D”。

电镀池的必要条件是电镀液中需含有镀层金属阳离子, 故本题的电解液应该为银盐溶液。理论上用铜做阳极材料似乎是可以的, 但在实际操作中铜阳极的溶解污染了镀液, 将影响电镀的效果。Pt和石墨不会污染电镀液, 但电镀液的浓度随着电镀的进行会逐渐降低,从镀件实际电镀效果而言, 为了能达到镀层均匀致密的目的, 应该保持电解液银离子浓度不变, 故仍该选择银做阳极电极材料。答案为A。

问题5: 歧化反应是否可以设计成原电池

原电池构成的前提条件是有自发氧化还原反应。那是否所有自发氧化还原均可设计成原电池呢? 例如, 下面的歧化反应是否可以? 如果可以, 两极的电势差从哪里来?

例2: Cl2+2OH- =Cl-+ClO-+H2O

Cl2/Cl- ∶Cl2+2e-=2Cl- 1.3583

HClO/Cl2∶HClO+H++e-=1/2Cl2+H2O 1.63

由标准电极电势来看, Cl2不能歧化, 则该电池不能设计成功。但如果, 条件改变, 电极电势也会随之变化。例如碱性条件, OH-浓度增加, H+浓度降低, 使HClO/Cl2减小, 反应得以发生。这就是上述歧化反应能够进行的原因。任何氧化还原反应从理论上讲都能够设计成原电池, 但应该注意两极的条件。

正极: Cl2/Cl- ; 酸性或中性溶液; 加大Cl2分压, 都可以提高电势。

负极: HClO/Cl2; 碱性溶液; 减小HClO的浓度, 都可降低电势。

用盐桥隔开, 即可形成电池。

问题6: 恒温恒容, 单一气体反应物和气体产物的反应达到化学平衡状态, 当增加一种物质浓度时, 平衡移动方向如何判定

例3: 恒温恒容, 向已达平衡的N2O4 ( g) 2NO2( g) 反应体系中继续加入N2O4 气体,请问该反应平衡移动的方向?

A.平衡正向移动

B.平衡逆向移动

这个问题通常会有两种看法:

( 1) 选择A. 正向移动的一方认为: 在加入N2O4气体的瞬间, N2O4浓度增大, 浓度商Q

( 2) 选择B. 逆向移动的一方认为: 在加入N2O4气体达到新的平衡状态时, 由于温度恒定, 该反应的化学平衡常数K=[ NO2] 2 /[ N2O4] 不变, 所以平衡体系中NO2所占百分含量将会减少, 故平衡逆向移动。

这两种看法的根本冲突在于判断平衡移动方向的依据不同。前者是根据旧平衡被破坏的瞬间来判定, 后者则是根据新平衡状态与旧平衡状态的改变来判定。

提到:“ 对于一个已达化学平衡状态的反应, 如果平衡移动的结果使反应产物浓度更大, 则称平衡正向移动或向右移动; 反之, 称平衡逆向移动或向左移动。”从这句话可以看出, 平衡移动的方向应该是根据移动的“结果”来判定的。故应选择: B.平衡逆向移动。