化学实验的启示与科学思维的训练(思维训练).doc

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1、化学实验的启示与科学思维的训练专题讲座第二讲.思维训练2.1单因素考虑问题是不全面的一般教科书和在教学过程中为了突出其个问题，常强调对之有较大影响的某个因素。在特定的条件下，这种处理方法尚可，但在一般情况下，特别是当把从一个实例中得到的“观点”加以推广时，往往出现差错(仅从一、二个实例中是不可能得到符合客观的观点、结论)。例1 把烧红的铁丝放入盛O2瓶中，很快(设为2秒)就烧完”了。一般强调此现象和瓶中纯O2的浓度是空气中O2的(约)5倍有关。如若此反应的速度仅取决于O2的浓度，则取一根同样粗细、

2、长短的铁丝放在空气中烧红10秒(已5倍于2秒)，似乎也“应该”烧完了。事实不然，即使烧红半分钟也不会“化”。表明此反应除O2浓度外，必有其他因素。在纯O2中燃烧快，则单位时间内发热量大，致使铁被熔化，而在和空气中O2作用时达不到如此高温(延长加热时间也烧不化)。就是说，因O2浓度不同导致相应情况改变，不能忽视。类似的情况俯拾皆是。例2 硫在纯O2中燃烧，产物中含2—3％SO3(按SO2计)，而硫在空气中燃烧，产物中有5—6％的SO2转化为SO3。这是因为O2浓度大，单位时间内发热量大，致使反应体系

3、的温度较高。温度高不利于SO2转化为SO3；硫在空气中燃烧，单位时间内发热量小，(相对而言)较有利的SO3的形成。如果仅从反应物O2的浓度考虑，其结论似应是硫在O2中燃烧时产物中SO3更多。以上两例均起因于O2浓度不同，但结果主要是因为单位时间内发热量不同，而导致反应体系温度不同。从这两个反应来看，温度是主要的因素(虽然温度不同是由于O2浓度差异引起的)。例3 把加热的磷放入盛Cl2的瓶中，剧烈燃烧生成氯化磷。常见的氯化磷有PCl3、PCl5两种，燃烧产物以何者为主？如上(SO2→SO3)讨论，可

4、从PCl5对热的稳定性来判断。若PCl5对热稳定，则产物可能以PCl5为主(当然，还要考虑Cl2的量)，否则将以PCl3为主。事实是：温度高于473K，PCl5即明显分解(附：酒精灯火焰温度高于573K；有人测试过，吸卷烟时，其光亮处的温度可达约1000K)，因此可以肯定磷在Cl2中燃烧时，其温度明显高于473K，所以燃烧产物中以PCl3为主。(生成的PCl3经扩散、冷却后极易和Cl2生成PCl5是后续的副反应，但PCl5不是磷和Cl2反应的直接产物。)例4 NH3和空气中的O2在铂－铑网催化下生

5、成NO，使生成物“急剧冷却”，则NO和O2生成NO2。事实上这后一步反应中所需的O2一开始就已经和NH3混合在一起了(原料气中NH3占11％，空气为89％，其中O2占18.8％；按生成NO2计，NH3和O2的摩尔比为1∶1.7)，由于第一步反应生成N0时温度高于1100K，而NO2在高于773K时就明显分解(即在低于773K时NO易和O2成NO2)，所以要在“急剧冷却”(若不急剧冷却，生成物NO也会分解)后才能生成NO2(NO2再和水反应生成HNO3)。总之，浓度不同对速度产生影响，而速度快慢对反

6、应体系温度影响甚大，不注意后者有时会出现问题。如针对提高HNO3的生产效率，有人提出可加大原料气中NH3的含量，结果因为单位时间内发热量明显增大把作为催化剂的铂－铑网烧化成块状物。4NH3(g)＋5O2(g)—→4NO(g)＋6H2O(g)△H＝-906kJ/mol在实际工作中为了达到某个目的，常重点改变某一因素，同时必须兼顾改变该因素时所带来的影响，不然可能造成事与愿违的结果(如把铂－铑网烧成块)。如若带来的影响不大，则可忽略。此时，只有在此时，似乎该因素起了决定性的作用。即便如此，仍不能认为这

7、是一个单因素的问题。例5 有人认为：可用金属的电离能和非金属的亲合能分别表示该元素的金属活泼性和非金属活泼性。此种单一因素看问题方法是否可信？电离能和电子亲合能的定义是M(g)→M+(g)＋e-      电离能A(g)＋e-→A-(g) 电子亲合能然而，金属是以固态或液态(汞)存在，非金属单质以双原子(如O2、N2、X2)、多原子(P4、S8)或巨型(C)分子存在，它们必须先经历升华气化成金属原子，或解离成气态非金属原子，然后再进行丢失电子或亲合电子。再者，气态原子经失、得电子后成气态离子，并不

8、是化学反应的终止态。如气态阴、阳离子互相结合成离子型晶体时释出晶格能——相距无穷远的阴、阳离子互相靠近并成离子晶体时所释出的能量，气态离子溶于大量水时释出水合能……才是某反应的终止态。总之，金属、非金属参与反应的倾向不能仅从电离能、电子亲合能来判断。只是在特殊情况下，如讨论卤素、碱金属“活泼性”时，因其单质均以X2或固态存在，得或失的电子数相同，解离能、电子亲合能(氟除外)、升华能、电离能、水合能、某种化合物的晶格能(在同族中)从上到下呈现有规律的改变(增大或减小，按代数值计)，此