重慶 劉懷樂 杜文敏

對一些化學教學疑問的合理解釋

一、為什么濃鹽酸在空氣中冒白霧，而氨水在空氣中不呈現(xiàn)白霧狀

原來，水蒸氣的質(zhì)點(H2O)n是氯化氫在空氣中的凝聚中心，氯化氫與水可以形成具有高于水沸點的恒沸點的鹽酸酸霧。凡是可以跟水形成恒沸溶液的氣態(tài)物質(zhì)(如表1所示鹵化氫)，都可以形成相似的霧。

表1 恒沸溶液溫度與質(zhì)量分數(shù)

再如，純硝酸(無水)容易揮發(fā)出硝酸蒸氣，發(fā)煙硝酸容易揮發(fā)出NO2，它們都會跟空氣中的水蒸氣形成恒沸點為128.8℃的硝酸；發(fā)煙硫酸能揮發(fā)出SO3，它與空氣中的水反應(yīng)生成具有恒沸點(334℃)且沸點遠高于水的硫酸。

盡管氨極易溶于水，但是NH3與水不形成恒沸溶液。任何濃度的氨水都具有揮發(fā)性。乙醇溶于水，可與水形成恒沸溶液(質(zhì)量分數(shù)為95.5%)，但是它的沸點低于水的沸點，僅為78.1℃。同樣，任何濃度的酒精都具有揮發(fā)性。所以，大凡以水為凝聚中心，且能形成比水的沸點還要高的恒沸溶液的氣態(tài)物質(zhì)，都可以在空氣中呈現(xiàn)白霧狀。

二、為什么大理石沒有液態(tài)，乙炔沒有固態(tài)，H3PO4沒有沸點

這是因為還不待液化時，大理石就已經(jīng)分解了；還沒有凝固時，C2H2就聚合成其他物質(zhì)——生成鏈狀及環(huán)狀化合物；加熱時，H3PO4會逐漸失水生成偏磷酸和焦磷酸。

三、石灰石的熱分解溫度是多少

資料1：加熱至420℃即開始分解為CaO和CO2，894.4℃±0.3℃時，CO2蒸氣壓力可達1個大氣壓。

資料2：加熱到825℃左右分解為氧化鈣和二氧化碳。

資料3：CaCO3，898.6℃分解。

資料4：CaCO3，825℃分解。

資料5：在1.01×105Pa下加熱至898℃(方解石晶型)、825℃(霰石晶型)分解成二氧化碳和氧化鈣。

資料6：碳酸鈣的熱分解溫度為1 170 K(987℃)。

資料7：無水CaCO3為無色斜方晶體，加熱至1 000 K(727℃)轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐?/p>

判斷ΔH1、ΔH2、ΔH3三者關(guān)系正確的是

( )

A．ΔH1gt;ΔH2gt;ΔH3

B．ΔH3gt;ΔH1gt;ΔH2

C．ΔH2gt;ΔH1gt;ΔH3

D．ΔH3gt;ΔH2gt;ΔH1

【解析】常規(guī)解法：由①式-②式得,

由②式-③式得，

由①式-③式得，

綜合得出結(jié)論：ΔH2gt;ΔH1gt;ΔH3，選答案C。

圖象模型解法：

由上述化學方程式可以看出反應(yīng)物狀態(tài)不變而生成物狀態(tài)變化的放熱反應(yīng)，則根據(jù)解題模型2做出圖象如下：

可以很快得出結(jié)論：ΔH2gt;ΔH1gt;ΔH3。

四、結(jié)論與建議

表2 平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系

石灰窟中的溫度實際可達1 000℃以上。

以上資料均摘自權(quán)威文獻，文獻的權(quán)威性和可靠性是毋庸置疑的。問題是提供這些數(shù)據(jù)的前提和條件是有差異的。

有的以CaCO3開始熱分解，以實際可以檢驗CO2和CaO的存在為CaCO3的熱分解溫度(420℃)；有的以 CaCO3熱分解產(chǎn)生的CO2的蒸氣達到1大氣壓為準(898℃)；有的以CaCO3不同晶型為準——方解石晶型、霰石晶型；有的以化學純的沉淀CaCO3熱分解為準；有的甚至以石灰窟生產(chǎn)石灰的實際溫度為準，不一而足，相信都有參考價值。不過筆者對資料7中無水CaCO3加熱至727℃轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐€不甚理解。

四、無水碳酸鈉是晶體還是粉末

高中化學必修1第57面有如下一段文字：碳酸鈉粉末遇水生成有結(jié)晶水的碳酸鈉晶體——水合碳酸鈉 (Na2CO3·xH2O)。碳酸鈉晶體在干燥空氣里容易逐漸失去結(jié)晶水變成碳酸鈉粉末。

筆者參閱了不下10種權(quán)威文獻，幾乎無一例外地指明，無水碳酸鈉是白色粉末，是非晶型的。某文獻上的這一段敘述值得一讀：“目前生產(chǎn)的碳酸鈉由于生產(chǎn)時工藝條件不同，產(chǎn)品有非晶型的無水物和結(jié)晶型的有水物兩類。通常講的純堿是指非晶型的無水碳酸鈉。常用的晶型碳酸鈉有十水碳酸鈉( Na2CO3·10H2O)和一水碳酸鈉兩種。十水碳酸鈉又稱面堿、洗滌堿，一水碳酸鈉在攝影業(yè)中稱碳氧?！?/p>

這又似乎可以給無水碳酸鈉下個結(jié)論是非晶型的白色粉末了。不過后來在文獻查得，作為制堿工業(yè)之父的化學工程大家侯德榜有如下的一句陳述：“純堿本是一種結(jié)晶顆粒，因為粒子細小，所以看起來是粉狀，把它灼燒，不會放出二氧化碳來?！惫P者本不迷信權(quán)威，但我相信這樣富有底氣的權(quán)威的客觀真實的判斷——白色的碳酸鈉粉末實際是很小的結(jié)晶顆粒。

五、Na2CO3·10H2O晶體會風化成白色粉末，這白色粉末的成分是什么

資料9：在空氣中容易風化而轉(zhuǎn)變成白色粉末狀的一水碳酸鈉Na2CO3·H2O。

資料10：露置在空氣中容易風化而成一水物的粉末。

資料11：在空氣中迅速風化而成白色粉末——Na2CO3·5H2O。

可見，Na2CO3·10H2O風化后的白色粉末的成分并不單一。有一點可以肯定，其組成不可能還是當初的那種無水碳酸鈉粉末。

再有一點值得一說，就是模塊教材對碳酸鈉晶體在空氣中的風化現(xiàn)象設(shè)置了個前提(或條件)是“在干燥的空氣里容易風化”。我們查閱文獻以及2002年經(jīng)全國中小學教材審查通過的高中化學(必修)第一冊(2007年人教版20面)，其對Na2CO3·10H2O晶體風化，都分別明確敘述成“容易風化”“迅速風化”“很容易風化”。筆者想問個究竟，這種改變是符合實際的嗎？不過筆者還是建議以不設(shè)“干燥空氣”這個前提條件更科學、更準確，更符合實際。

六、Na2CO3可以形成多少種水合物

高一化學必修1第57面有注：碳酸鈉水合物有Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O三種。有文獻指出由于條件不同，還有Na2CO3·5H2O、Na2CO3·2H2O 和Na2CO3·3H2O。如有文獻指出“純堿從溶液中析出晶體的時候，根據(jù)溶液濃度、溫度、雜質(zhì)等條件的不同，可能和水生成帶多種結(jié)晶水的純堿晶體(如帶1分子、7分子、10分子結(jié)晶水的純堿)成為水合物。但在普通條件下(嚴格說32℃以下)，從濃溶液中析出的結(jié)晶體是帶10個結(jié)晶水的粗顆粒晶堿；在33℃以上，或從熱溶液里結(jié)晶出來的是1個分子水合物”。

七、CuSO4與Na2CO3反應(yīng)，何不生成CuCO3

據(jù)說正規(guī)的CuCO3并不存在。如果你去化學試劑商店購買CuCO3，售貨員會給你堿式碳酸銅，而且還可能告訴你“堿式碳酸銅就是碳酸銅”，或者“堿式碳酸銅可以當作碳酸銅來用”。話雖然說得不那么專業(yè)，但事實確實如此。

問題當然沒有那么簡單。原來在CuSO4溶液中加入Na2CO3，不是生成CuCO3，而是生成成分不定的 Cu2(OH)2SO4和Cu2(OH)2CO3的綠色混合物。不僅如此，即使在冷的CuSO4溶液中加入NaOH溶液，當?shù)稳隢aOH溶液的量少時，也只能得到絮狀淺藍色沉淀Cu2(OH)2SO4，而得不到Cu(OH)2沉淀。更有甚者，當把少量CuSO4的濃溶液滴進普通水(如自來水)中，溶液變得渾濁，靜置將溶液加熱到沸騰，甚至蒸干，也不見沉淀物分解。這也是因為生成了具有溶度積小、熱穩(wěn)定性高的 Cu2(OH)2SO4。

原來CuSO4溶液因水解顯酸性，當加入少量NaOH、Na2CO3或用水稀釋CuSO4溶液時，由于溶液pH升高，首先生成溶解度極小的堿式硫酸銅和堿式碳酸銅，而得不到CuCO3。

八、關(guān)于碳酸鈉、碳酸氫鈉溶于水的熱現(xiàn)象

四支試管里分別放入2 g Na2CO3、Na2CO3·H2O(碳氧)、Na2CO3·10H2O和NaHCO3(小蘇打)，再分別注入 4 mL 水，觀察溫度變化(如表3所示)。

表3 室溫10℃，水溫10℃，溶液溫度變化測試

九、給“粉末”加個注釋

一般來說物質(zhì)有三態(tài)——固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)?！胺勰碑斎徊粚儆诳茖W概念上的什么態(tài)，它是一種對某些固體物質(zhì)外觀形象的一種說法。難怪有人常常提出這樣的問題：生石灰、熟石灰、無水CuSO4等，我們常常以粉末稱之，那它們的細小顆粒又屬不屬于離子晶體？盡管我們常常習慣地稱什么“灰”，什么“粉末”“粉狀”，但從它們的微粒結(jié)構(gòu)來看，跟無水Na2CO3一樣都是些細小的結(jié)晶顆粒，有的小得比“粉”末還小，稱什么“灰”。從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)來看，CaO、Ca(OH)2、CuSO4等都是含有大量陰陽離子的離子化合物，它們?nèi)埸c高、不揮發(fā)、相當硬，將其熔化可以導(dǎo)電，水溶液可以導(dǎo)電，難溶于有機溶劑等。因此，從廣義上說，所有這些以及類似這些外觀看似粉末狀的物質(zhì)，其細小顆粒還是由大量陰陽離子組成的離子晶體。從這個角度講，對于生石灰、熟石灰、無水CuSO4、Na2CO3等外觀，形象地說它們是什么粉末并不錯，微觀地說它們是晶體也對，這不矛盾?；蛘吒鼮樾蜗蟮卣f，生石灰、熟石灰、無水CuSO4、Na2CO3等離子晶體，它們都是些心里揣著明白(是晶體)裝糊涂(粉、末、灰)的物質(zhì)。

十、測定液體(如水)的沸點，溫度計的水銀泡是沒入液體內(nèi)還是在液面上方

正確的操作為圖1中b。原因：我們測定的液體不一定是純粹的，比如自來水(有硬性)，它的沸點就比純水要高。即使用蒸餾水，也可能會有雜質(zhì)的影響。所以我們測定某種液體的沸點，應(yīng)當是它逸出的蒸氣與冷凝液平衡時的溫度。為此，須在加熱液體沸騰后，待溫度計水銀球泡上有兩三滴液體往下滴時，再觀察溫度計所指示的讀數(shù)，那便是該液體的沸點。

圖1 測液體沸點示意圖

十一、靜置擱放的一杯水，是上層還是底層水體的溫度高，或是上下的溫度相同

答案只能由實驗測定來回答。以下三個實驗值得一做。

實驗1：用一只250～500 mL的燒杯盛滿水，靜置隔夜后用溫度計測試，上層液體的溫度會高于下層液體的溫度0.5～1℃。

實驗2：在一個250～500 mL的燒杯中注滿剛沸騰后的水，待它緩慢冷卻到50℃左右時再測試，你會發(fā)現(xiàn)上層液體的溫度也會比下層液體的溫度高出1～1.5℃，而且實驗2的現(xiàn)象——變化速率比實驗1來得快。

實驗3：高中化學講醛基(—CHO)的還原性時有如下的實驗：加熱煮沸堿性Cu(OH)2與乙醛的混合液時，混合液的顏色逐漸由藍色→黃綠色→橙黃色→紅色(生成Cu2O)。實驗時你會發(fā)現(xiàn)，變色的現(xiàn)象總是最先從試管液面開始，逐漸擴散至試管底。這表明，盡管是在加熱試管底部的液體，液面的溫度卻比試管底部液體的溫度要高，所以反應(yīng)(變色)最先從液面開始。

不論是靜置的水還是加熱溶液，液體的傳熱都有一個對流過程——熱的溶液向上流動，冷的溶液向下流動，上層液體的溫度比下層液體的溫度要高就成了很自然的事了。

(轉(zhuǎn)載自《中學化學教學參考》2016年第13期，有改動)

甘肅省臨夏回民中學)