基于熱力學(xué)和電化學(xué)原理厘清反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)問題

金劍鋒

摘要：銀離子與碘離子反應(yīng)生成碘化銀沉淀是中學(xué)化學(xué)中的基本反應(yīng)。從化學(xué)熱力學(xué)和電化學(xué)原理的視角，對(duì)銀離子能否氧化碘離子進(jìn)行了理論分析。在此基礎(chǔ)上提出銀離子和碘離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)的條件，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：化學(xué)熱力學(xué)；電化學(xué)；氧化還原反應(yīng)；理論分析 ；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

文章編號(hào)：1005–6629（2017）12–0081–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

鹵素離子的檢驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)中的常見知識(shí)點(diǎn)。在水溶液中，Cl-、Br-、I-都能分別與Ag+反應(yīng)，生成難溶于水和稀硝酸的白色AgCl、淡黃色AgBr和黃色AgI沉淀。實(shí)驗(yàn)室常用硝酸銀溶液和稀硝酸來(lái)檢驗(yàn)Cl-、Br-和I-[1]。在大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教材中也提到，“在AgNO3溶液中加入鹵化物（除氟化物外）生成AgCl、AgBr和AgI沉淀”[2]。絕大多數(shù)化學(xué)教師都將該知識(shí)點(diǎn)定位于教學(xué)目標(biāo)分類中的識(shí)記層次，在教學(xué)中往往輕描淡寫，從未對(duì)此產(chǎn)生過懷疑，更別提深入研究了。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過上述理論分析發(fā)現(xiàn)，Ag+和I-由于沉淀反應(yīng)的發(fā)生，阻礙了氧化還原反應(yīng)的進(jìn)行。那么如果我們能夠設(shè)法阻止Ag+和I-的沉淀反應(yīng)的發(fā)生，那么Ag+和I-的氧化還原反應(yīng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)呢？

該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就是設(shè)法阻斷Ag+和I-的直接接觸，我們不妨把硝酸銀溶液和碘化鉀溶液分別盛裝于兩個(gè)不同的燒杯中，這樣可確保Ag+和I-不直接接觸。但是我們還要設(shè)法實(shí)現(xiàn)Ag+和I-間的氧化還原反應(yīng)，設(shè)計(jì)成雙液原電池裝置應(yīng)該就是一個(gè)很好的手段，它可以使氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分別在原電池的兩極發(fā)生，同時(shí)又確保兩極的電解質(zhì)溶液不直接接觸。我們用靈敏電流計(jì)來(lái)檢驗(yàn)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電流，在電路中接上一個(gè)滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)電阻，以確保實(shí)驗(yàn)安全?；谏鲜鏊伎迹O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1：

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器和試劑

100mL燒杯3只、試管2只、鹽橋1根（稱取瓊脂2g放入100mL飽和KNO3溶液中，浸泡片刻，再緩慢加熱至沸騰，待瓊脂全部溶解后稍冷，將瓊脂溶液倒入洗凈的U型管中，直至溶液與U型管的上口齊平，注意管中不能有氣泡，冷卻到室溫即凝固成凍膠固定在管內(nèi)）、靈敏電流計(jì)（量程100μA）1只、滑動(dòng)變阻器（100Ω 1A）、電鍵1只、石墨電極2根、導(dǎo)線2根、膠頭滴管1只、1.0mol/L的AgNO3溶液100mL、1.0mol/L的KI溶液200mL、淀粉溶液1瓶

3.2.2 實(shí)驗(yàn)操作

按照實(shí)驗(yàn)裝置圖連接好實(shí)驗(yàn)裝置，將滑動(dòng)變阻器電阻調(diào)至最大值處，向兩只燒杯中分別加入AgNO3溶液和KI溶液各80mL。向第三只燒杯中加入80mL KI溶液，直接放置于空氣中。向前兩只燒杯中插入鹽橋，合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，注意觀察靈敏電流計(jì)指針是否偏轉(zhuǎn)、KI溶液中的顏色變化以及石墨電極的變化。一段時(shí)間后，用膠頭滴管分別吸取兩只盛放KI溶液燒杯中的液體，將其分別滴入盛有淀粉溶液的試管中，觀察顏色變化。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論

合上電鍵，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，直至發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖2，說明該裝置已經(jīng)構(gòu)成了原電池。3分鐘后，KI溶液開始變黃，隨后溶液黃色逐漸加深，5分鐘后取出其中的溶液滴入盛有淀粉溶液的試管中，淀粉溶液立即變藍(lán)。同時(shí)取直接放置在空氣中的KI溶液，也滴入盛有淀粉溶液的試管中，淀粉溶液沒有變藍(lán)。經(jīng)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，說明原電池裝置中確實(shí)生成了I2單質(zhì)，而且排除了空氣中氧氣氧化的影響。30分鐘后，可觀察到置于AgNO3溶液中的石墨電極表面出現(xiàn)少許光亮，6小時(shí)后，可看到石墨電極表面有大量的銀白色物質(zhì)析出，如圖3，可斷定反應(yīng)中生成了單質(zhì)Ag。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以得出結(jié)論：在上述實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)我們有效地阻止了Ag+和I-的直接接觸，即可發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而我們的理論分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)想都得到了有力的實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

4 結(jié)語(yǔ)

教師是一個(gè)專業(yè)化的職業(yè)，教師的職業(yè)行為首先要以專業(yè)知識(shí)和理論為依據(jù)。教師對(duì)于學(xué)科知識(shí)的完整把握和不斷更新是成為一名優(yōu)秀教師的必要條件。盡管大多中學(xué)化學(xué)教師是從化學(xué)教育專業(yè)畢業(yè)的，在大學(xué)時(shí)期學(xué)習(xí)了比較系統(tǒng)的化學(xué)知識(shí)和化學(xué)理論。然而在踏上教師崗位，經(jīng)歷了一段時(shí)間的教師生涯以后，仍然需要不斷地將學(xué)科知識(shí)回爐，以更精湛嫻熟的學(xué)科知識(shí)和理論來(lái)武裝我們的頭腦，這樣我們才能更好地駕馭中學(xué)化學(xué)教學(xué)，不偏聽、不盲從。此外，我們還要不斷地追蹤化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，了解化學(xué)發(fā)展的新知識(shí)、新理論、新方法和新成就，以便我們建立不斷更新的知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成開放科學(xué)的思維方式，這無(wú)疑將有助于我們更好地勝任中學(xué)化學(xué)教學(xué)，不懈怠、不落伍。

參考文獻(xiàn)：

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[8]傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)編.物理化學(xué)（下冊(cè)）（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2002：601.endprint