化學(xué)釋疑六則

安徽省靈璧一中　王樹(shù)西

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化學(xué)釋疑六則

安徽省靈璧一中王樹(shù)西

在化學(xué)學(xué)習(xí)中，許多同學(xué)常受到一些問(wèn)題的困擾，但在教輔材料或網(wǎng)上又很難找到合理、翔實(shí)的答案，本文選取聚乙烯和聚氯乙烯的區(qū)分，超酸和魔酸，醫(yī)用酒精濃度的選擇依據(jù)，SiCl4、NCl3及CCl4的水解不同的原因、ⅤA族～ⅦA族元素氫化物的酸性變化原因及金屬粉末為何多顯黑色6個(gè)比較典型的問(wèn)題加以解釋，希望能對(duì)同學(xué)們的學(xué)習(xí)有所幫助。

1.為什么不能用聚氯乙烯塑料盛裝食品？如何判斷塑料的原料是聚乙烯還是聚氯乙烯？

聚乙烯(PE)是乙烯的聚合物，無(wú)毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐寒，耐輻射，可做食品和藥物的包裝材料，可制作食具、醫(yī)療器械，用作電子工業(yè)的絕緣材料等。聚氯乙烯(PVC)是氯乙烯的聚合物，可制成包裝材料、防雨用品、電纜、電線的絕緣層、人造革制品、水管和輸送耐腐蝕性流體管及各種貯槽的襯里和地板等。聚氯乙烯本身無(wú)毒，但其單體有劇毒。判斷聚氯乙烯制品是否有毒，一要看殘留單體是否脫除到一定的要求；二要看加入的助劑是否有毒。若氯乙烯單體含量過(guò)高，尤其是在微波、高溫等環(huán)境下，容易分解出對(duì)人體有致癌作用的物質(zhì)；同時(shí)增塑劑、穩(wěn)定劑若使用不當(dāng)，也會(huì)對(duì)人體造成一定的危害。鑒別方法：①聚乙烯密度小于水，在水中會(huì)漂??；而聚氯乙烯密度大于水，在水中會(huì)下沉。②PE保鮮膜，黏性較差，用手一搓，很容易就打開(kāi)了；而PVC保鮮膜則黏性較好，用手揉搓后，不易展開(kāi)。③點(diǎn)燃PE保鮮膜，火焰呈黃色，離開(kāi)火源不會(huì)熄滅，會(huì)滴下像蠟燭油一樣的液體，散發(fā)一股蠟燭味；而PVC保鮮膜不易點(diǎn)燃，離開(kāi)火源后會(huì)熄滅，燃燒時(shí)有一股難聞的刺激性氣味。

2.王水可溶解Pt、Au，它是不是最強(qiáng)的酸？

王水不是最強(qiáng)的酸，相同條件下超酸和魔酸的酸性要比王水強(qiáng)。酸性超過(guò)純硫酸的酸或酸性介質(zhì)叫作超酸或超強(qiáng)酸。魔酸是由兩種或兩種以上的含氟化合物組成的溶液。如氫氟酸和五氟化銻以1∶0.3（物質(zhì)的量之比）混合時(shí)，它的酸性是濃硫酸的1億倍；按1∶1混合時(shí)，它的酸性是濃硫酸的10億倍，能溶解不溶于王水的高級(jí)烷烴（如蠟燭）。魔酸既能溶解蠟燭，又能使烷烴、烯烴等發(fā)生一系列化學(xué)變化，這是普通的酸不能實(shí)現(xiàn)的。如正丁烷在魔酸的作用下，可以發(fā)生C—H鍵斷裂的反應(yīng)，生成氫氣；可以發(fā)生C—C鍵斷裂的反應(yīng)，生成甲烷；還可以發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，生成異丁烷。魔酸具有高強(qiáng)酸性和很大的介電常數(shù)，能使很弱的堿質(zhì)子化，能使非電解質(zhì)變?yōu)殡娊赓|(zhì)，因此是良好的催化劑，可使本來(lái)難以發(fā)生的反應(yīng)在較溫和的條件下進(jìn)行，所以在飽和烴的裂解、重聚、異構(gòu)化和烷基化反應(yīng)中被廣泛應(yīng)用。

3.酒精為什么能用于消毒？為什么醫(yī)用酒精的濃度為75%？

酒精能消毒是因?yàn)樗軌蛭占?xì)菌蛋白的水分，使其脫水發(fā)生變性，從而達(dá)到殺滅細(xì)菌的目的。要使細(xì)菌蛋白變性，就要讓蜷曲、螺旋的蛋白質(zhì)分子長(zhǎng)鏈?zhǔn)嬲?、松弛，其中的關(guān)鍵是要破壞形成蜷曲和螺旋的各種力。酒精分子有兩個(gè)末端，一端是憎水基(—C2H5)，可以破壞蛋白質(zhì)內(nèi)部憎水基團(tuán)之間的吸引力，一端是親水基(—OH)，但它難以破壞蛋白質(zhì)外部的憎水基團(tuán)之間的吸引力。水分子雖然可以松弛蛋白質(zhì)親水基團(tuán)之間的吸引力，但它即使進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，也無(wú)法破壞其蛋白質(zhì)中憎水基團(tuán)之間的吸引力。無(wú)水酒精對(duì)細(xì)菌蛋白的脫水過(guò)于迅速，使細(xì)菌表面蛋白質(zhì)變性凝固，形成了一層堅(jiān)固的硬膜，阻止酒精進(jìn)一步滲入細(xì)菌內(nèi)部，以致削弱了它的殺菌能力，所以純酒精或水都不足以使細(xì)菌內(nèi)的蛋白質(zhì)變性。濃度為75%的酒精與細(xì)菌的滲透壓相近，可以在細(xì)菌表面蛋白變性之前滲入細(xì)菌體內(nèi)，使細(xì)菌所有的蛋白質(zhì)脫水、變性凝固，最終殺死細(xì)菌。當(dāng)酒精濃度低于75%時(shí)，由于滲透性降低，會(huì)使殺菌能力降低。

4.非金屬鹵化物絕大多數(shù)易水解，為什么SiCl4和NCl3水解產(chǎn)物類別不同，而CCl4卻不能水解？

非金屬鹵化物都是共價(jià)化合物，其能夠水解的必要條件是中心原子有空軌道或孤對(duì)電子。SiCl4的中心原子Si具有3d空軌道，能夠發(fā)生親核型水解反應(yīng)，即水分子中的氧原子上的孤對(duì)電子“進(jìn)攻”中心原子Si的空軌道，SiCl4接受來(lái)自水分子的電子并生成一個(gè)配位中間體SiCl4(OH2)，再脫去一個(gè)HCl分子，然后再發(fā)生多次水解，逐步生成水解產(chǎn)物，反應(yīng)式為SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl。

原理如下：

與SiCl4不同，NCl3的中心原子N具有孤對(duì)電子，發(fā)生的是親電型水解反應(yīng)，即水分子中的氫原子“進(jìn)攻”中心原子N上的孤對(duì)電子，生成Cl3N…H…OH，然后再發(fā)生鍵的斷裂，生成水解產(chǎn)物：NCl3+3H2O=NH3+3HClO。原理如下：

在CCl4中，由于C原子只能利用2s和2p軌道成鍵，成鍵數(shù)最多是4，已達(dá)到飽和，致使C原子無(wú)法接受水中氧原子的電子，因此不能發(fā)生水解。如果鹵化物的中心原子尚未達(dá)到最高配位數(shù)（第二周期是4，第三、四周期是6，第五周期是8），則可水解。非金屬鹵化物的水解分為三種情況：①不與水反應(yīng)。如：CCl4、CF4、SF6、SeF6等；②與水反應(yīng)生成非金屬含氧酸和鹵化氫。如：BCl3、SiCl4、PCl5等；③與水反應(yīng)生成非金屬氫化物和鹵素含氧酸。如：NCl3、Cl2O等。

5.為什么元素周期表中無(wú)論是同周期還是同主族，ⅤA～ⅦA元素氫化物的酸性都是隨原子序數(shù)增大而增強(qiáng)？

通過(guò)比較ⅤA～ⅦA族元素氫化物水溶液的酸性可以發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是同周期還是同主族，ⅤA～ ⅦA族元素氫化物水溶液的酸性都隨原子序數(shù)增大而增強(qiáng)（HF＞H2O＞NH3；H2Te＞H2Se＞H2S；HI＞HBr＞HCl＞HF）。這種變化規(guī)律可從熱力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面解釋。從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，氫化物水溶液的酸性變化可用HX→H++X-的傾向大小表示，這種傾向的大小可由ΔG=ΔH-TΔS計(jì)算，然后再通過(guò)公式ΔG=-RTlnK可求得酸的電離平衡常數(shù)。利用上述方法可分別求得KHF=10-3、KHCl=108、KHBr=1010、KHI=1011，由此可知HF是弱酸，而HCl、HBr、HI是強(qiáng)酸，且酸性依次增強(qiáng)。另外，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方面可從與H直接相連的原子的電子密度角度加以解釋：同周期的氫化物（NH3、H2O、HF），由于N、O、F的化合價(jià)逐漸降低，所帶負(fù)電荷依次減少，電子密度越來(lái)越小，因此相應(yīng)的氫化物酸性依次增強(qiáng)。同主族的氫化物（H2S、H2Se、H2Te）中，S、Se、Te的最外層電子數(shù)相同，而原子半徑依次增大，導(dǎo)致其電子密度越來(lái)越小，因此相應(yīng)的氫化物酸性逐漸增強(qiáng)。

6.物質(zhì)為什么會(huì)顯示不同的顏色？金屬粉末為何多顯黑色？

物質(zhì)的顏色與它對(duì)光的選擇性吸收、透過(guò)、反射、折射和散射有關(guān)。由于物質(zhì)的本性和形態(tài)不同，對(duì)光的吸收、透過(guò)、反射等情況也就不同，物質(zhì)因而呈現(xiàn)不同的顏色。當(dāng)物質(zhì)選擇性吸收白光中某種波長(zhǎng)的光時(shí)，就呈現(xiàn)出與之互補(bǔ)的顏色，即人們觀察到的顏色。物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收是由物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)（即構(gòu)成物質(zhì)的分子或離子的電子層結(jié)構(gòu)）決定的，特別是外層電子及其構(gòu)型。當(dāng)分子或離子的基態(tài)能量和各種激發(fā)態(tài)能量之差在可見(jiàn)光范圍(ΔE=1.7～3.1 eV)內(nèi)時(shí)，物質(zhì)就會(huì)吸收可見(jiàn)光，使外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，此時(shí)物質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)出顏色。ΔE越小，物質(zhì)的顏色越趨向紫色；ΔE越大，就越趨向紅色。當(dāng)ΔE＜1.7 eV或ΔE＞3.1 eV時(shí)，由于處于不可見(jiàn)光區(qū)，所以物質(zhì)不顯顏色。但物質(zhì)的顏色還受光的散射、干涉、衍射等其他光學(xué)現(xiàn)象的影響，而這些光學(xué)現(xiàn)象又與物體顆粒大小、表面狀態(tài)等因素有關(guān)，正因?yàn)槿绱耍藗兛吹降念伾⒉灰欢ㄊ俏镔|(zhì)直接反射或透射的光，而可能是經(jīng)過(guò)光與物質(zhì)反復(fù)作用或光與光相互作用的結(jié)果。金屬粉末幾乎都顯黑色，就是由于金屬粉末對(duì)反射光多次散射、吸收所造成的。