巧用數(shù)軸法厘清混合氣體間的反應(yīng)產(chǎn)物

馮洪明

[摘要]文章從一道典型習(xí)題的解答入手，闡述了數(shù)軸法在化學(xué)計(jì)算中的運(yùn)用，其使得結(jié)果分析更直觀、更簡(jiǎn)潔，并嘗試建構(gòu)混合氣體連續(xù)反應(yīng)中過(guò)量問(wèn)題的分析模型、

[關(guān)鍵詞]數(shù)軸法;混合氣體;反應(yīng)產(chǎn)物

[中圖分類號(hào)]

G633.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（2020）17-0075-02

混合氣體間的反應(yīng)產(chǎn)物分析往往比較復(fù)雜、抽象，是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，但若能巧妙借助數(shù)軸化抽象為具體來(lái)實(shí)現(xiàn)這類問(wèn)題的解決，往往可以取得較好的效果，進(jìn)而提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和效率，啟迪學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生順利建構(gòu)解決此類問(wèn)題的模型認(rèn)知。

一、提出問(wèn)題

【例1】已知NH³和Cl²在常溫下可快速反應(yīng)生成氮?dú)猓?dāng)NH³和Cl²比例不同時(shí)產(chǎn)物不同?，F(xiàn)將aLNH³和b L Cl²充分混合（氣體均在相同狀況下測(cè)得），下列說(shuō)法不正確的是（

）。

A.若2b≥3a，發(fā)生反應(yīng)的方程為2NH³+3Cl²=N²+6HCI

B.若5b=6a，發(fā)生反應(yīng)的方程為5NH³+6Cl²=2N²+IIHCl+NH⁴CI

C.若8b≤3a，發(fā)生反應(yīng)的方程為8NH³+3Cl²=N²+6NH⁴Cl D.若3a/8≤b≤2a/3，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量9a/8≤n （e-）≤2a

顯然這是一個(gè)極富挑戰(zhàn)的混合氣體間的反應(yīng)產(chǎn)物分析問(wèn)題。如果僅從完成解答而言，可以借助各選擇項(xiàng)的條件逐個(gè)判斷完成。然而從培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生認(rèn)知水平的角度出發(fā)，這并不是上上之策。而這類“反應(yīng)物量不同產(chǎn)物不同”的習(xí)題，若能引入數(shù)軸法，可輕松實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的討論。

二、數(shù)軸法分析混合氣體間反應(yīng)產(chǎn)物的步驟

所謂數(shù)軸，數(shù)學(xué)上是指規(guī)定了原點(diǎn)、正方向和長(zhǎng)度單位的直線。數(shù)軸上的點(diǎn)與實(shí)數(shù)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。在化學(xué)學(xué)習(xí)中運(yùn)用數(shù)軸法，實(shí)際上是賦予數(shù)軸特定的化學(xué)意義，這樣數(shù)軸上的點(diǎn)就具有了特殊的化學(xué)含義。

利用數(shù)軸法分析混合氣體間的反應(yīng)產(chǎn)物的步驟一般分為以下三步：

（l）找出分段點(diǎn)（或稱臨界點(diǎn)）。這是利用數(shù)軸法完成學(xué)習(xí)任務(wù)的關(guān)鍵步驟。具體方法是：分析混合氣體間可能發(fā)生反應(yīng)的方程式，從而確定氣體間完全發(fā)生反應(yīng)時(shí)可能的數(shù)量關(guān)系，這個(gè)數(shù)量關(guān)系值就是分段點(diǎn)。當(dāng)然在分析混合氣體間的反應(yīng)時(shí)必須遵循化學(xué)特定的規(guī)律，若發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)，則必須符合氧化性或還原性強(qiáng)弱的先后順序;若發(fā)生的是復(fù)分解反應(yīng)，則不能違背復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律，譬如結(jié)合H₊或OH_-的能力強(qiáng)弱順序等。

（2）畫出數(shù)軸。畫數(shù)軸，標(biāo)注數(shù)軸指代的意義，并按次序（一般從小到大）在數(shù)軸上標(biāo)出分段點(diǎn)。

（3）分析確定各區(qū)間的反應(yīng)產(chǎn)物。

三、解決問(wèn)題

首先從題意可知NH³和C1²間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，NH³轉(zhuǎn)化為N²，Cl²轉(zhuǎn)化為HCl。如果NH³過(guò)量，繼續(xù)與HCl反應(yīng)生成NH⁴Cl。應(yīng)該說(shuō)反應(yīng)的先后次序還是比較清晰的，只是題中給出的氣體量是用字母a、b來(lái)表示，而不是具體的數(shù)字，這無(wú)意中給解題增加了難度。因此，對(duì)于一般的學(xué)生，要完成這類混合氣體間反應(yīng)產(chǎn)物的討論有一定的難度。當(dāng)然最困難之處在于什么時(shí)候NH³過(guò)量。而本題是以選擇題的形式呈現(xiàn)，各選擇項(xiàng)可以幫助學(xué)生找到這個(gè)過(guò)量的臨界點(diǎn)。

NH³和CI²混合后首先發(fā)生了氧化還原反應(yīng)：2NH³+3Cl²=N²+6HCl，進(jìn)而繼續(xù)發(fā)生NH³+HCl=NH⁴Cl反應(yīng)。因此，不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NH³不足，即a：b≤2：3時(shí)僅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為N，和HCI;當(dāng)NH³足量時(shí)，即a：b≥8：3時(shí)，上述兩個(gè)反應(yīng)均可完全發(fā)生，可用8NH3+3C12=N²+6NH⁴Cl表示。由此，自然就確定了數(shù)軸的兩個(gè)分段點(diǎn)2/3和8/3，畫出數(shù)軸后也就能比較輕松地判斷出不同比例組成的混合氣體的反應(yīng)情況，得出當(dāng)3a/8≤b≤2a/3時(shí)，NH³僅部分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)應(yīng)按CI²計(jì)算，正確答案為D，具體如圖1所示。

四、變式提升

【例2】已知NH³和CI²在常溫下可快速反應(yīng)生成氮?dú)?，?dāng)NH³和Cl²比例不同時(shí)產(chǎn)物不同?，F(xiàn)有1L Cl²和N²的混合氣體，其中N²的體積分?jǐn)?shù)為x，將該混合氣體與I L NH³混合。討論當(dāng)x取不同范圍的數(shù)值時(shí)，所得氣體體積y與x的關(guān)系式（氣體體積均在相同狀況下測(cè)定）。

顯然這是一個(gè)更為復(fù)雜的混合氣體間反應(yīng)產(chǎn)物的分析，從題面上分析是在確定不同的x值，但從發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)來(lái)分析卻發(fā)現(xiàn)是NH³和Cl²間的反應(yīng)，跟N，沒(méi)多大關(guān)系。一般學(xué)生對(duì)于這類習(xí)題的解答有畏難情緒，甚至無(wú)從下手。如果能有效借助數(shù)軸，問(wèn)題就能迎刃而解。

綜上所述，巧妙應(yīng)用數(shù)軸法確實(shí)可以將復(fù)雜的問(wèn)題變得直觀、形象、簡(jiǎn)明化，既能拓展學(xué)生思維，更能促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力的提升。

（責(zé)任編輯 羅艷）