化学释疑六则

安徽省灵璧一中　王树西



化学释疑六则

安徽省灵璧一中王树西

在化学学习中，许多同学常受到一些问题的困扰，但在教辅材料或网上又很难找到合理、翔实的答案，本文选取聚乙烯和聚氯乙烯的区分，超酸和魔酸，医用酒精浓度的选择依据，SiCl4、NCl3及CCl4的水解不同的原因、ⅤA族～ⅦA族元素氢化物的酸性变化原因及金属粉末为何多显黑色6个比较典型的问题加以解释，希望能对同学们的学习有所帮助。

1.为什么不能用聚氯乙烯塑料盛装食品？如何判断塑料的原料是聚乙烯还是聚氯乙烯？

聚乙烯(PE)是乙烯的聚合物，无毒，化学稳定性好，耐寒，耐辐射，可做食品和药物的包装材料，可制作食具、医疗器械，用作电子工业的绝缘材料等。聚氯乙烯(PVC)是氯乙烯的聚合物，可制成包装材料、防雨用品、电缆、电线的绝缘层、人造革制品、水管和输送耐腐蚀性流体管及各种贮槽的衬里和地板等。聚氯乙烯本身无毒，但其单体有剧毒。判断聚氯乙烯制品是否有毒，一要看残留单体是否脱除到一定的要求；二要看加入的助剂是否有毒。若氯乙烯单体含量过高，尤其是在微波、高温等环境下，容易分解出对人体有致癌作用的物质；同时增塑剂、稳定剂若使用不当，也会对人体造成一定的危害。鉴别方法：①聚乙烯密度小于水，在水中会漂浮；而聚氯乙烯密度大于水，在水中会下沉。②PE保鲜膜，黏性较差，用手一搓，很容易就打开了；而PVC保鲜膜则黏性较好，用手揉搓后，不易展开。③点燃PE保鲜膜，火焰呈黄色，离开火源不会熄灭，会滴下像蜡烛油一样的液体，散发一股蜡烛味；而PVC保鲜膜不易点燃，离开火源后会熄灭，燃烧时有一股难闻的刺激性气味。

2.王水可溶解Pt、Au，它是不是最强的酸？

王水不是最强的酸，相同条件下超酸和魔酸的酸性要比王水强。酸性超过纯硫酸的酸或酸性介质叫作超酸或超强酸。魔酸是由两种或两种以上的含氟化合物组成的溶液。如氢氟酸和五氟化锑以1∶0.3（物质的量之比）混合时，它的酸性是浓硫酸的1亿倍；按1∶1混合时，它的酸性是浓硫酸的10亿倍，能溶解不溶于王水的高级烷烃（如蜡烛）。魔酸既能溶解蜡烛，又能使烷烃、烯烃等发生一系列化学变化，这是普通的酸不能实现的。如正丁烷在魔酸的作用下，可以发生C—H键断裂的反应，生成氢气；可以发生C—C键断裂的反应，生成甲烷；还可以发生异构化反应，生成异丁烷。魔酸具有高强酸性和很大的介电常数，能使很弱的碱质子化，能使非电解质变为电解质，因此是良好的催化剂，可使本来难以发生的反应在较温和的条件下进行，所以在饱和烃的裂解、重聚、异构化和烷基化反应中被广泛应用。

3.酒精为什么能用于消毒？为什么医用酒精的浓度为75%？

酒精能消毒是因为它能够吸收细菌蛋白的水分，使其脱水发生变性，从而达到杀灭细菌的目的。要使细菌蛋白变性，就要让蜷曲、螺旋的蛋白质分子长链舒展、松弛，其中的关键是要破坏形成蜷曲和螺旋的各种力。酒精分子有两个末端，一端是憎水基(—C2H5)，可以破坏蛋白质内部憎水基团之间的吸引力，一端是亲水基(—OH)，但它难以破坏蛋白质外部的憎水基团之间的吸引力。水分子虽然可以松弛蛋白质亲水基团之间的吸引力，但它即使进入细菌内部，也无法破坏其蛋白质中憎水基团之间的吸引力。无水酒精对细菌蛋白的脱水过于迅速，使细菌表面蛋白质变性凝固，形成了一层坚固的硬膜，阻止酒精进一步渗入细菌内部，以致削弱了它的杀菌能力，所以纯酒精或水都不足以使细菌内的蛋白质变性。浓度为75%的酒精与细菌的渗透压相近，可以在细菌表面蛋白变性之前渗入细菌体内，使细菌所有的蛋白质脱水、变性凝固，最终杀死细菌。当酒精浓度低于75%时，由于渗透性降低，会使杀菌能力降低。

4.非金属卤化物绝大多数易水解，为什么SiCl4和NCl3水解产物类别不同，而CCl4却不能水解？

非金属卤化物都是共价化合物，其能够水解的必要条件是中心原子有空轨道或孤对电子。SiCl4的中心原子Si具有3d空轨道，能够发生亲核型水解反应，即水分子中的氧原子上的孤对电子“进攻”中心原子Si的空轨道，SiCl4接受来自水分子的电子并生成一个配位中间体SiCl4(OH2)，再脱去一个HCl分子，然后再发生多次水解，逐步生成水解产物，反应式为SiCl4+3H2O=H2SiO3+4HCl。

原理如下：

与SiCl4不同，NCl3的中心原子N具有孤对电子，发生的是亲电型水解反应，即水分子中的氢原子“进攻”中心原子N上的孤对电子，生成Cl3N…H…OH，然后再发生键的断裂，生成水解产物：NCl3+3H2O=NH3+3HClO。原理如下：

在CCl4中，由于C原子只能利用2s和2p轨道成键，成键数最多是4，已达到饱和，致使C原子无法接受水中氧原子的电子，因此不能发生水解。如果卤化物的中心原子尚未达到最高配位数（第二周期是4，第三、四周期是6，第五周期是8），则可水解。非金属卤化物的水解分为三种情况：①不与水反应。如：CCl4、CF4、SF6、SeF6等；②与水反应生成非金属含氧酸和卤化氢。如：BCl3、SiCl4、PCl5等；③与水反应生成非金属氢化物和卤素含氧酸。如：NCl3、Cl2O等。

5.为什么元素周期表中无论是同周期还是同主族，ⅤA～ⅦA元素氢化物的酸性都是随原子序数增大而增强？

通过比较ⅤA～ⅦA族元素氢化物水溶液的酸性可以发现：无论是同周期还是同主族，ⅤA～ ⅦA族元素氢化物水溶液的酸性都随原子序数增大而增强（HF＞H2O＞NH3；H2Te＞H2Se＞H2S；HI＞HBr＞HCl＞HF）。这种变化规律可从热力学和物质结构两个方面解释。从热力学观点看，氢化物水溶液的酸性变化可用HX→H++X-的倾向大小表示，这种倾向的大小可由ΔG=ΔH-TΔS计算，然后再通过公式ΔG=-RTlnK可求得酸的电离平衡常数。利用上述方法可分别求得KHF=10-3、KHCl=108、KHBr=1010、KHI=1011，由此可知HF是弱酸，而HCl、HBr、HI是强酸，且酸性依次增强。另外，物质结构的方面可从与H直接相连的原子的电子密度角度加以解释：同周期的氢化物（NH3、H2O、HF），由于N、O、F的化合价逐渐降低，所带负电荷依次减少，电子密度越来越小，因此相应的氢化物酸性依次增强。同主族的氢化物（H2S、H2Se、H2Te）中，S、Se、Te的最外层电子数相同，而原子半径依次增大，导致其电子密度越来越小，因此相应的氢化物酸性逐渐增强。

6.物质为什么会显示不同的颜色？金属粉末为何多显黑色？

物质的颜色与它对光的选择性吸收、透过、反射、折射和散射有关。由于物质的本性和形态不同，对光的吸收、透过、反射等情况也就不同，物质因而呈现不同的颜色。当物质选择性吸收白光中某种波长的光时，就呈现出与之互补的颜色，即人们观察到的颜色。物质对光的选择性吸收是由物质的微观结构（即构成物质的分子或离子的电子层结构）决定的，特别是外层电子及其构型。当分子或离子的基态能量和各种激发态能量之差在可见光范围(ΔE=1.7～3.1 eV)内时，物质就会吸收可见光，使外层电子从基态跃迁到激发态，此时物质就会呈现出颜色。ΔE越小，物质的颜色越趋向紫色；ΔE越大，就越趋向红色。当ΔE＜1.7 eV或ΔE＞3.1 eV时，由于处于不可见光区，所以物质不显颜色。但物质的颜色还受光的散射、干涉、衍射等其他光学现象的影响，而这些光学现象又与物体颗粒大小、表面状态等因素有关，正因为如此，人们看到的颜色并不一定是物质直接反射或透射的光，而可能是经过光与物质反复作用或光与光相互作用的结果。金属粉末几乎都显黑色，就是由于金属粉末对反射光多次散射、吸收所造成的。