在中学化学教学中,还有一些常见问题或错误,有的是一些老师已经意识到并注意纠正的。但往往由于没有找到问题产生的根源,往往一个问题纠正了。另一个类似的问题又产生了。有的是用我们已有的知识难以回答的,我们免为其难的去说明、解释或研究,难免发生偏颇或不能自圆其说,自己糊涂,学生听了也糊涂。
(1)忽视经验规律的适用条件,随意运用。
老师们常常从硫酸与醋酸钠反应能生成醋酸、盐酸与碳酸盐反能应生成二氧化碳,而逆向反应无法进行等事例,归纳出“强酸可以制备弱酸”的经验规律,并进而得出比较两种酸酸性强弱的推理方法。例如,二氧化碳可以与苯酚钠溶液反应析出苯酚,而碳酸氢钠不能,可以推理出碳酸、苯酚、碳酸氢根离子的酸性依次减弱。但如果运用这个经验规律,从二氧化碳与次氯酸钙作用能生成次氯酸的反应得出碳酸比次氯酸酸性强,从硫酸酸性比氢硫酸强得出硫化氢通入硫酸铜溶液不可能生成硫酸,则是错误的。有的老师认为发生这一错误的原因是没有认识事物变化有规律性也有特殊性。没有认识上述两个反应的发生是不符合普遍规律的特例。要求学生“既要记住规律也要注意特例”。事物的变化有规律也会有特例,这种看法本身并没有错。但是上述两个反应“不符合”经验规律的原因不是“特殊性与规律性的”问题,而是这两个反应发生的条件与“强酸可以制备弱酸”的经验规律适用的条件不同。“强酸可以制备弱酸”的反应规律实际上是相对容易电离的酸提供了氢离子与酸性更弱的酸的酸根离子结合的结果。即,酸的电离难易决定了反应的方向。这个规律不适用于上述两个反应发生的条件。从反应本质看,硫化氢与硫酸铜溶液反应的本质是硫化氢在溶液中电离出的硫离子与铜离子间结合成难溶性的硫化铜沉淀。并非是氢离子与硫酸根离子结合成硫酸。二氧化碳与次氯酸钙溶液能发生反应,既有氢离子间与次氯酸根离子结合成难电离次氯酸的因素,也有碳酸根离子与钙离子结合成难溶性碳酸钙的因素,但是后者是促使反应完成的主要原因。因此这两个反应的发生与“强酸可以制备弱酸”的经验规律是两回事,不能扯到一起。
类似的例子还很多。比如,教学中老师往往告诉学生氧化还原反应有个规律,“强氧化剂与强还原剂作用生成弱氧化剂与弱还原剂”,并可以此推断氧化剂与还原剂的相对强弱。这个“规律”,适用于什么条件,大多没有说明。如不问条件,随意套用,难免会发生问题。如,在450℃和氯化铜催化下,氧气可以氧化氯化氢生成氯气,而在光照条件下把氯气通入水中可以生成氧气和稀盐酸。依照上述规律,从前一个反应可以推断氧气氧化性强于氯气,从后一个反应却能得到氯气氧化性强于氧气的结论。哪个结论对?从标准电极电位看,室温下在水溶液中氯气氧化性确实强于氧气。但前一个反应是在气相中进行的,不能套用这种规律做比较。有如,高温下,铁能与水蒸汽作用析出氢气生成铁的氧化物,氢气也能还原铁的氧化物,生成铁单质和水蒸汽。两个反应。哪个能说明铁和氢气的还原性强弱?
(2)错认为用中学学习的简单的化学原理能解释所有看来是简单的基本的化学问题。
实际上许多看似简单的基本化学问题,还有许多在目前还难以弄清楚。更不是中学学习的简单化学原理可以解释的清的。一不能过高估计自己的认识水平,对没有把握的问题谨慎一些,避免误导学生;二要多涉猎,多了解一些与中学学习的内容相关但至今没有明确答案的问题,避免枉费时间精力去探究。此类例子很多。仅举一例。
“钠和水、酸溶液的反应是先与水还是先与氢离子反应?还是两者同时进行?”“铝与碱溶液作用,是先与水作用生成氢氧化铝,后者再溶与碱吗?反应中的氧化剂是水还是氢氧根离子,还是两者都是?”
这个问题从热力学范畴讨论,还是从动力学观点来讨论,可能结论不xx相同,而找到可以证明的实验也不容易。如果在还没有实验证据的情况下,凭主观臆断去说明、解释难免出问题。
曾读到一篇研究钠和水反应的实验研究文章,文章作者十分用心,设计了好些实验,并通过实验做出自己的结论。下面引用该文章的几个段落:
“一、在钠与上述酸反应中,均能使滴有酚酞的稀酸变红,但红色是沿着钠与溶液反应的轨道而出现的,由此可以断定钠与稀酸反应时有OH-生成,另外,红色是在钠与溶液反应过的轨迹里先变红,再逐渐减淡,至振荡后红色消失,由此可以证明钠并非开始就生成OH-而是与周围酸电离的H+先反应,待xx后,才与H2O电离的H+反应,OH-生成,溶液变红,而此时各处的H+又向OH-密集处涌来中和使红色减淡,待振荡后OH-被xx中和,红色消失。
二、钠与1 mo/L的上述酸反应比0.1
mol/L激烈,但不能使滴有酚酞的酸变红,这说明钠在酸中其周围的H+已是够多来与钠反应,故没有OH-生成。与H2SO4反应亦比与HCl,HNO3的激烈。
三、钠与36%浓HCl较前面都激烈,并无红色出现;与68%的浓HNO3反应时,反应激烈,有红棕色气体生成,此气体为NO2,则与钠发生氧化还原反应的为N(V)。说明浓HNO3中N(V)氧化性大于H+;在98%H2SO4中滴入酚酞,溶液变为棕黄色,说明浓H2SO4具有氧化性,将酚酞氧化,当加入钠后,先急剧反应,随后出现火焰,并有刺激性气味气体──SO2生成,可知,H2SO4中参加氧化还原反应的是S(VI);当钠投入85%的浓H3PO4时,钠反应十分缓慢,且在一处不漂移,用滴管加入少量水时,才间或发生剧烈反应,这是因为浓H3PO4为油状且氧化性弱,使钠只在一处作缓慢反应,当加入少量水后,有水处H+增多,钠接触到便发生剧烈反应。”
“用NaOH溶液与钠的反应,通过实验,观察到下列现象:
由于NaOH浓溶液中,H+离子浓度较小,反应如此剧烈,说明钠能与水分子反应。”
“取一块厚度均匀的钠块,用细的空心玻璃棒往钠上戳几个洞,然后用细丝将其逐个捅入预先准备的溶液中,测量反应时间,这样能保证每个钠块大小相同,具体情况如下:
这说明钠在酸溶液中,与水分子也反应,因为三者溶液氢离子浓度分别相差106倍,如果钠只与氢离子反应,不可能出现反应时间几乎相同的情况。
通过研究和实验,我们得到下列结论:钠与酸溶液反应并不像书上所说得那么简单,我们认为在钠的周围钠和氢离子与水分子同时反应,当氢离子浓度减小到一定程度,过量的钠才与水分子和水电离的氢离子反应。”
仔细研读上面的实验与论断,不难看出存在的问题。在此恕不做分析。