两个实验引起的思考.doc

两个实验引发的思考李传庆 如皋市搬经中学化学组 226561一般认为，钠与水反应的实质是钠与水电离出的氢离子（实际上是水合氢离子，下同）相作用生成氢气。但笔者认为这种看法欠妥，这里想就该问题作一个初步探讨。一两个实验引发的思考1对这样一个实验大家都很熟悉：向硫酸铜（或其它铜盐）的水溶液中投入一小块金属钠，这时反应会迅速进行，反应后得到氢气和氢氧化铜，同时得到钠盐。我们知道，在硫酸铜水溶液中存在的微粒有铜离子、硫酸根离子、氢离子、氢氧根离子、水分子，它们的浓度大小一般情况下应有H2OSO42Cu2HOH。从电极电位来看：Cu22eCu Cu2/Cu = 0.337V2H2eH2 H/H2 = 0考虑溶液中离子浓度大小对电极电位的影响，根据奈斯特方程，设c（Cu2）=0.1mol/L；c（H）=0.1mol/L；p（H2）=1010atm，则有： Cu2/Cu= Cu2/Cu lg c（Cu2）= 0.3074V H/H2= H/H2 lg = 0.2368V（说明：实际上c（H）要比c（Cu2）小，生成H2的分压要远大于1010atm，这里是一种极端假设。也就是说 H/H2实际值要比上述数值小。）从上述分析看，如果钠跟水反应的实质是钠跟水电离出的氢离子相作用的话，那么，钠跟铜盐溶液反应时得到的则应该是铜，而不是氢气。与实验结果相违背。2再看一个实验：取两块大小相同的金属钠，分别投入纯水和1mol/L的NaOH溶液中，发现反应所需的时间非常接近（说明：该反应由于很难准确进行定量测定，故很难给出准确的实验结果，经过反复实验，得到测定值约在11.1左右）。如果钠与水反应的实质是钠跟水电离出的氢离子相作用，那么，根据质量作用定律，钠投入氢氧化钠溶液中的反应要远比投入水中发生的反应慢。事实并非如此。二对两个实验的分析我们知道，在铜盐溶液中，除了Cu2和H能被钠还原外，另外可以被还原的可能性最大的就是水。从电极电位分析：NaeNa Na/Na = 2.7109V2H2O2eH22OH H2O/H2 =0.8277V反应：2Na2H2O 2Na2OHH2 的平衡常数有：lgK=63.62K=4.181063，说明该反应可以进行得非常完全。而且，溶液中的氧化还原反应进行的次序也不是完全由电动势决定的。除电动势（热力学因素）以外，决定反应次序的还有动力学因素（反应速率）。对上述反应体系来说，溶液中水的浓度（接近55mol/L）要远远大于Cu2和H的浓度，钠投入溶液中，首先与水接触并反应，反应后生成的OH又进一步与周围溶液中的Cu2和H相作用，使Cu2和H浓度进一步降低（若设此时溶液中与钠接触的局部溶液c（OH）=1106mol/L，则由Ksp Cu(OH)2=5.61020可以求出c（Cu2）=5.6108mol/L；由KW可求出c（H）=1108mol/L），使钠与水接触的机会大大超过了与铜离子和氢离子接触的机会。由此可见，钠与水反应的实质应是钠与水分子直接反应，生成钠离子、氢氧根离子和氢气。当然，不完全排除钠与氢离子和铜离子反应的可能性，但这两个反应在这里相对来说实在是太弱了。类似的，由于在氢氧化钠溶液中水分子的浓度与纯水相比没有明显的差距，因此，钠跟氢氧化钠溶液的反应与钠跟水的反应相比，速率上也就不会出现明显的差异。从结构上看，在水分子中，由于氧元素的电负性极大，使OH键中的共用电子对强烈向氧原子偏移，OH键上的氢原子受到的束缚力较小，且带有部分的正电荷，当负极的电极电位远远小于0.8277V时，水也可以获得电子而被还原。综上所述，我认为，钠跟水反应的实质应该是钠跟水分子直接作用，而不是跟水电离出的氢离子相作用。三由钠与水反应实质想到的若上述结论是正确的，那么在氯碱工业中，阴极（其电极电位远远小于0.8277V）的电极反应式就不能写成2H2eH2，而只能写成2H2O2eH22OH，这样，总反应式也就顺理成章的写成2Cl2H2O2OHH2Cl2。中学教材（如人教版普通高中课程标准实验教科书化学选修四化学反应原理等）中将氯碱工业阴极的电极反应式写成2H2eH2，在书写总反应式时总有些别扭，解释时总有牵强附会的嫌疑。同理，我认为在电解硫酸铜溶液时，其阳极的电极反应式只能写成2H2O4e4HO2，而不能写成4OH4e2H2OO2。以上看法当否，恳请同行不吝赐教，但愿能起到抛砖引玉的效果。参考文献：北师大等