高中化學(xué)教學(xué)中宜“規(guī)避”的問題

岳文虹

摘要：收集整理中學(xué)化學(xué)教學(xué)中常見的“異?！眴栴}，易講錯的問題，在教學(xué)中應(yīng)盡量規(guī)避的問題，為中學(xué)化學(xué)教師具體教學(xué)提供幫助。

關(guān)鍵詞：異常；復(fù)雜；規(guī)避

文章編號：1008-0546（2016）06-0044-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.014

化學(xué)是一門自然科學(xué)，在研究物質(zhì)及其變化的過程中，對形形色色、豐富多彩的大千世界的認(rèn)識存在著許許多多的規(guī)律性，然而，世界上的物質(zhì)是豐富的，也是復(fù)雜的，簡單總結(jié)出的規(guī)律性中總會有一些不和諧的不符合規(guī)律性的物質(zhì)及其性質(zhì)存在，這些不規(guī)律性的存在自有其存在的合理性，或許我們已能解釋這種合理性，或許我們還沒有答案，還需要去探索研究，但對于這些“異?！眴栴}，我們起碼應(yīng)秉持一種即使我們不懂，也應(yīng)盡量不要將錯誤的知識傳授給學(xué)生的態(tài)度。在高中化學(xué)教學(xué)中，就存在很多類似問題，這也是我們在教學(xué)中應(yīng)盡量規(guī)避的問題，詳述如下。

一、 水中加入Na，對水的電離平衡有何影響？

在水的電離平衡的教學(xué)中，談及影響水的電離因素時(shí)，常常會遇到這樣一個(gè)問題：水中加入Na，對水的電離平衡有何影響？“許多中學(xué)教師通常認(rèn)為鈉和水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是鈉與水電離出的氫離子反應(yīng)，從而由此得出水的電離平衡中，加入鈉會使平衡右移的結(jié)論。實(shí)際上這類問題是不宜去判斷的，因?yàn)槿绻J(rèn)為“鈉和水的反應(yīng)可認(rèn)為是鈉與水電離出的氫離子反應(yīng)”這個(gè)觀點(diǎn)是正確的，那么在常溫下水電離出的氫離子為10-7 mol/L，我們將水改換為1 mol/L鹽酸，那么氫離子濃度就增加了107倍，那這樣的話，將鈉投入1 mol/L鹽酸中，可能就會燃燒甚至于爆炸，而事實(shí)上將鈉投入水與鈉投入鹽酸中，現(xiàn)象上卻沒有明顯的區(qū)別，所以前面的假設(shè)是不成立的。

實(shí)際上無論是從水與酸溶液中氫離子濃度大小進(jìn)行分析比較或是從水與氫離子的氧化還原電位做分析比較，要得到上述問題的結(jié)論都是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。要從實(shí)驗(yàn)入手進(jìn)行分析判斷，也十分困難。從發(fā)表的一些文獻(xiàn)看，一些中學(xué)老師花了許多時(shí)間、精力從某個(gè)方面作研究，所得到的結(jié)論卻并不一致。在還沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)或充分的理論依據(jù)的情況下，勉強(qiáng)做說明、解釋都是不合適的。”[1]

二、 鋁、氫氧化鋁是否溶于氨水？

高中教材沒有說明金屬鋁、氫氧化鋁能否與氨水反應(yīng)。但在講述氫氧化鋁的性質(zhì)時(shí)，必修一實(shí)驗(yàn)3-8后，描述為：“實(shí)驗(yàn)表明，Al（OH）3在酸或強(qiáng)堿里都能溶解。這說明它既能與酸起反應(yīng)，又能與強(qiáng)堿溶液起反應(yīng)，它是兩性氫氧化物”。[2]因此，許多教師在教學(xué)中是按鋁、氫氧化鋁只能溶于強(qiáng)堿，不能溶于弱堿來進(jìn)行教學(xué)的。但據(jù)許多教師的探究實(shí)驗(yàn)證明：鋁、氫氧化鋁均可以和較高濃度的氨水反應(yīng)。比如金屬鋁，“能與較高濃度的氨水（28%）作用，加熱反應(yīng)較快，并有較多氫氣放出（可以點(diǎn)燃）。用10%或更稀的氨水則不反應(yīng)”。[3]另氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液而難溶于氨水的原因是氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液時(shí)實(shí)際形成的是四羥基合鋁配合物（Na[Al（OH）4]）。而配合物的形成，涉及到中心離子和配離子的相互匹配，從群論來說即符合宇稱定律。鋁作為主族元素做中心離子形成配合物較少較難，羥基配體與氨分子配體空間構(gòu)型完全不同，形成配合物后空間位阻差異很大。因此氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液而難溶于氨水。但難溶不代表不溶，有文獻(xiàn)表明：“純凈的氫氧化鋁能夠溶解于濃氨水，可以微溶于一般的稀氨水，但在極稀的氨水（濃度小于0.092mol/L）中難溶。但如果是由與濃氨水反應(yīng)生成的氫氧化鋁沉淀，再向其中加入過量的濃氨水，則沉淀不溶”。[4]這是由于用氨水和鋁鹽溶液作用生成的氫氧化鋁，反應(yīng)混合物中含有較高濃度的銨根離子，存在同離子效應(yīng)，抑制了加入的過量的氨水的電離，使溶液中氫氧根離子濃度大幅度降低，難以達(dá)到使氫氧化鋁轉(zhuǎn)化為偏鋁酸根離子的要求。

三、 Na2O是強(qiáng)電解質(zhì)嗎？

在水溶液里或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔锝凶鲭娊赓|(zhì)[2]。在水中能全部電離的電解質(zhì)稱為強(qiáng)電解質(zhì)。[5]Na2O在熔融狀態(tài)下是能夠?qū)щ姷幕衔?，因此它是電解質(zhì)。然而它在水中與水反應(yīng)，得到氫氧化鈉。不再符合強(qiáng)電解質(zhì)的判斷依據(jù)。因此從強(qiáng)電解質(zhì)的定義的條件來看，不宜去討論其強(qiáng)弱問題。

四、 0.1mol/LNaHCO3與CH3COONa溶液堿性強(qiáng)弱的比較

各類參考書、習(xí)題集中，經(jīng)?？吹?.1mol/L的NaHCO3與CH3COONa溶液堿性強(qiáng)弱比較的題目，參考答案為NaHCO3的堿性強(qiáng)于CH3COONa，原因則解釋為：因?yàn)榇姿岬乃嵝詮?qiáng)于碳酸，據(jù)鹽類“越弱越水解”的規(guī)律，因而NaHCO3的堿性強(qiáng)于CH3COONa。但這個(gè)結(jié)論其實(shí)是錯誤的，據(jù)計(jì)算可知，0.1mol/L的NaHCO3溶液的c（OH-）為2.2×10-6mol/L，0.1mol/L的CH3COONa溶液的c（OH-）為7.55×10-6mol/L，故相同濃度時(shí)，CH3COONa溶液的堿性強(qiáng)于NaHCO3。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因在于NaHCO3與CH3COONa分別屬于兩種不同類型的鹽。前者為多元弱酸的酸式鹽，后者為正鹽。NaHCO3溶液中，既存在水解平衡，又存在電離平衡，還存在質(zhì)子轉(zhuǎn)移。水溶液的酸堿性同時(shí)受到這些因素的影響。因此，不宜在中學(xué)討論同濃度NaHCO3與CH3COONa溶液堿性的強(qiáng)弱。在比較鹽溶液的酸堿性時(shí)，“越弱越水解”只適用于判斷同類型的鹽溶液的酸堿性。[6]

五、 NaHCO3溶液中離子濃度大小的排序

關(guān)于NaHCO3溶液中的離子濃度的大小，中學(xué)教師常排序?yàn)椋?/p>

c（Na+）>c（HCO3-）>c（OH-）>c（H+）>c（CO32-），

但實(shí)際分析NaHCO3溶液中離子濃度大小的基本方法是根據(jù)NaHCO3在水中存在的電離平衡和水解平衡，通過物料守恒和電荷守恒建立離子濃度的定量關(guān)系。通過推算可得，通常情況下，濃度不是很低的NaHCO3溶液中離子濃度的關(guān)系實(shí)際為：

c（Na+） >c（HCO3-）>c（CO32-）>c（OH-） >c（H+）[7]

六、 NH3與CH4穩(wěn)定性的比較

若據(jù)“元素的非金屬性越強(qiáng)，它的單質(zhì)越容易與氫氣反應(yīng)形成氣態(tài)氫化物，氣態(tài)氫化物越穩(wěn)定”來看，NH3的穩(wěn)定性大于CH4。若據(jù)“通常，鍵能愈大，鍵愈牢固，由該鍵構(gòu)成的分子也就愈穩(wěn)定”，則H-N鍵的鍵能為393kJ·mol-1，H-C鍵的鍵能為413kJ·mol-1，則有NH3的穩(wěn)定性小于CH4。上述從不同依據(jù)得出了相反的互為矛盾的結(jié)論。究竟哪一個(gè)結(jié)論正確呢？

從熱力學(xué)數(shù)據(jù)分析可知：NH3分解進(jìn)行的趨勢比CH4分解趨勢大，NH3分解反應(yīng)的熵變比CH4大，說明NH3比CH4分解所需的溫度低，因而NH3的穩(wěn)定性小于CH4。NH3的穩(wěn)定性不如CH4可以從物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面加以解釋：CH4分子的形狀是正四面體形，具有高度的空間對稱性；而NH3分子中存在一個(gè)非鍵孤電子對，對成鍵電子具有排斥作用，使得NH3分子的形狀為三角錐形，NH3分子的對稱性不如CH4分子，導(dǎo)致NH3分子的穩(wěn)定性較差，這是符合物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)這一化學(xué)思想的。這個(gè)問題是一個(gè)違反元素周期律和電負(fù)性規(guī)則的特殊現(xiàn)象。[7]

七、 NH4HCO3與少量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式

離子方程式的練習(xí)中經(jīng)常會出現(xiàn)NH4HCO3與少量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式的書寫問題。這個(gè)練習(xí)的設(shè)置其實(shí)是很不合適的。

“向NH4HCO3溶液中加入少量NaOH溶液，在加入的瞬間，是OH-與NH4+優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)還是OH-與HCO3-優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)？在沒有反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)證據(jù)的情況下，實(shí)際上是一個(gè)無法回答的問題。

據(jù)反應(yīng)熱力學(xué)分析：向NH4HCO3溶液中加入少量NaOH溶液，達(dá)到平衡時(shí)NH4+和HCO3-都能與OH-反應(yīng)，在相同條件下NH4+與OH-的反應(yīng)進(jìn)行程度大于HCO3-與OH-反應(yīng)的進(jìn)行程度。

據(jù)化學(xué)動力學(xué)分析：在其它條件相同時(shí)，反應(yīng)活化能的大小是決定反應(yīng)速率快慢的本質(zhì)原因，反應(yīng)活化能的大小只能通過實(shí)驗(yàn)測定。若某一反應(yīng)體系中有多個(gè)反應(yīng)發(fā)生，我們可以討論一定條件下反應(yīng)進(jìn)行的程度，也可以通過實(shí)驗(yàn)測定反應(yīng)的速率（如果實(shí)驗(yàn)技術(shù)能保證的話），但無法確定反應(yīng)先后順序，更不能得出某一反應(yīng)進(jìn)行完全后另一反應(yīng)才能發(fā)生的結(jié)論。因此，我們不能根據(jù)反應(yīng)物的某一性質(zhì)的強(qiáng)弱（如酸堿性、氧化性或還原性等）來確定反應(yīng)速率的快慢，也不能根據(jù)某一反應(yīng)物的性質(zhì)強(qiáng)弱來確定反應(yīng)是否優(yōu)先發(fā)生。

化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理是相當(dāng)復(fù)雜的，化學(xué)教學(xué)中需謹(jǐn)慎解釋復(fù)雜反應(yīng)體系中誰優(yōu)先反應(yīng)的問題。應(yīng)盡量回避諸如NH4HCO3溶液與少量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式如何書寫等問題的討論。化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，而某一化學(xué)反應(yīng)的速率的快慢和速率快慢的解釋更需要基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)?！盵8]

上述這些問題的答案的解釋或詳細(xì)論述大都有相應(yīng)的專著或文章（出處見參考文獻(xiàn)）。這里只是把這些問題進(jìn)行了收集和整理。這些問題都是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中經(jīng)常遇到或出現(xiàn)的問題，但這些問題我以為是在教學(xué)或習(xí)題練習(xí)中宜“規(guī)避”的問題，因?yàn)檫@些問題或者根本就無法講清，或者可以講清但是已超過中學(xué)學(xué)生已有知識的理解范圍。因此易“規(guī)避”此類問題，避免我們在教學(xué)中的失誤與錯誤。

參考文獻(xiàn)

[1] 王云生.化學(xué)教學(xué)中值得關(guān)注的一些錯誤 fws新浪博客

[2] 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 必修一 [M]. 北京：人民教育出版社， 2007：58，30

[3] 王云生. 問題討論：氨水和鋁、氫氧化鋁的作用（fws新浪博客）

[4] 江彧.氫氧化鋁溶于氨水的定量分析[J]. 安慶師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，3：108-109

[5] 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 化學(xué)反應(yīng)原理 （選修四 ）[M].北京：人民教育出版社， 2007：41

[6] 嚴(yán)業(yè)安. 0.10 mol·L-1的NaHCO3和CH3COONa溶液相比，常溫下何者的堿性更強(qiáng) 摩爾鹽的博客

[7] 吳星.中學(xué)化學(xué)疑難辨析 [M]. 南京：江蘇教育出版社，2012：89-93，132-134

[8] 呂琳，唐小婷，吳星. 也談NH4HCO3溶液與少量NaOH溶液的反應(yīng)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015，（8）：50-51