摘要:根据弱酸电离常数的大小分析并总结出若干化学反应规律,通过具体案例阐明了这些反应规律在解决实际问题时的运用,从而达到教会学生学习方法,提高解决问题的能力。
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关键词: 酸碱性强弱顺序;反应规律;反应产物
文章编号:1005–6629(2014)1–0071–03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 提出问题
在中学化学学习过程中,有不少学生感觉化学难学,理不清头绪,其主要是因为他们没有找到适当的学习方法。例如在初学“钠的主要化合物”知识[1]时,有些学生书写“NaHCO3既能与强酸反应,又能与强碱反应”的化学方程式时,经常会写错,有的甚至写成“NaHCO3+NaOH=CO2+Na2O+H2O”等,让人啼笑皆非;同时对于“CO2通入Na2CO3溶液中生成NaHCO3”等知识,很多学生不容易理解,化学方程式的记忆也是靠死记硬背,不得要领。如果我们在平时的练习中,善于探寻规律和技巧,教会学生学习化学的方法,会起到事半功倍的效果。
2.1 规律1:“相隔要反应,生成中间物”
根据图1所示,写出相应的反应如下:
(框图中CO2也可以写成H2CO3形式)
①HCl+NaHCO3=NaCl+CO2↑+H2O
②NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
③2HCl+Na2CO3=CO2↑+NaCl+H2O
④HCl+Na2CO3=NaCl+NaHCO3
⑤CO2+NaOH=NaHCO3
⑥CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
⑦CO2+Na2CO3+H2O=2NaHCO3
其中反应①和②两个方程式,是关于NaHCO3的两性问题。根据图1很明显地看出CO2不在NaHCO3和NaOH之间,而且很快就能找出它们两者之间的Na2CO3,才是它们之间反应的产物。
2.2 规律2:“反应谁过量,产物靠近谁”
我们还能发现关于“过量问题”的难点突破,如反应③的产物是CO2,距反应物HCl较近,则是HCl过量;反应④的产物是NaHCO3,距反应物HCl较远,则是HCl少量,所以,当两个反应物之间有多种产物时,谁过量,产物就靠近它,即③2HCl(过量)+Na2CO3= CO2↑+NaCl+H2O,④HCl(少量)+Na2CO3=NaCl+ NaHCO3。反应⑤和⑥也同理可得:⑤CO2(过量)+ NaOH=NaHCO3,⑥CO2(少量)+2NaOH=Na2CO3+ H2O[3]。
2.3 规律3:“相邻不反应,两两可共存”
按图1所示的顺序,两两相邻的物质之间不反应,可共存。
HCl与CO2之间可以共存。实验室用碳酸钙与盐酸反应制备CO2时,CO2中常混有HCl气体杂质。
CO2与NaHCO3也不反应。可以用饱和的NaHCO3溶液除去CO2中的HCl杂质,就是因为CO2不会被饱和NaHCO3溶液吸收。
NaHCO3与Na2CO3,以及Na2CO3与NaOH之间,都不反应,例如NaHCO3与Na2CO3溶液中可以形成缓冲溶液。
3 巩固规律
例1 向400 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO2,充分反应后,将所得溶液小心减压蒸发,所得不含结晶水的白色固体成分可能有几种情况?
分析:此题只提及NaOH的量,但CO2的量有多少?这就涉及过量问题,逐一进行讨论,在图1中处CO2和NaOH之间的产物有Na2CO3和NaHCO3。当CO2也为0.4 mol时,恰好反应生成NaHCO3;当CO2为0.2 mol时,恰好反应生成Na2CO3;如果少于0.2 mol,则NaOH过量,固体应该是NaOH和NaHCO3都有;如果在0.2~0.4 mol之间,则NaHCO3和Na2CO3共存;如果大于0.4 mol,则CO2因过量而逸出。因此就可以充分利用图1所示的酸碱性顺序来解决问题,如图2所示。
第1种情况是NaOH和Na2CO3并存;
第2种情况是只有Na2CO3;
第3种情况是Na2CO3和NaHCO3并存;
第4种情况是只有NaHCO3。
此题只可能有这四种情况,不可能出现NaOH和NaHCO3共存,更不可能这三种固体同时存在,因为NaOH和NaHCO3是不可能同时在同一种溶液中共存的,两者要反应生成Na2CO3。
4 拓展应用
孔子云:“举一隅,不以三隅反,则不复也。”由此及彼,我们还可以找出其他顺序框图。经查阅相关资料,常见物质的电离常数(常温)如下:
H3PO4:Ka1=7.5×10-3;Ka2=6.23×10-8;Ka3=2.2×10-13;
Al(OH)3:Ka=6.3×10-13;Kb=1.38×10-9;
NH3·H2O:Kb=1.76×10-5;
H2S:Ka1=5.7×10-8;Ka2=1.2×10-15;
HClO:Ka=3.0×10-8;
C6H5OH:Ka=1.02×10-10 [4]。
据此,我们还可以列出下表框图:
参考文献:
[1]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学1(第3版)[M].北京:人民教育出版社,2012:52~53.
[2]人民教育出版社等编著.普通高中课程标准实验教科书·化学反应原理(第3版)[M].北京:人民教育出版社,2012:40~58.
[3]巴君正.多元弱酸电离平衡的讨论[J].河南城建学院学报,1998,(2):34.
[4]北京师范大学等编著.无机化学(上册第四版)[M].北京:高等教育出版社,2002:409~413.