基于热力学和电化学原理厘清反应的竞争问题

2018-02-05金剑锋

化学教学 2017年12期

关键词：氧化还原反应理论分析电化学

金剑锋

摘要：银离子与碘离子反应生成碘化银沉淀是中学化学中的基本反应。从化学热力学和电化学原理的视角，对银离子能否氧化碘离子进行了理论分析。在此基础上提出银离子和碘离子发生氧化还原反应的条件，并进行了实验设计和实验验证。

关键词：化学热力学；电化学；氧化还原反应；理论分析；实验验证

文章编号：1005–6629（2017）12–0081–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

卤素离子的检验是中学化学中的常见知识点。在水溶液中，Cl-、Br-、I-都能分别与Ag+反应，生成难溶于水和稀硝酸的白色AgCl、淡黄色AgBr和黄色AgI沉淀。实验室常用硝酸银溶液和稀硝酸来检验Cl-、Br-和I-[1]。在大学无机化学教材中也提到，“在AgNO3溶液中加入卤化物（除氟化物外）生成AgCl、AgBr和AgI沉淀”[2]。绝大多数化学教师都将该知识点定位于教学目标分类中的识记层次，在教学中往往轻描淡写，从未对此产生过怀疑，更别提深入研究了。

3 实验设计和验证

3.1 实验设计

通过上述理论分析发现，Ag+和I-由于沉淀反应的发生，阻碍了氧化还原反应的进行。那么如果我们能够设法阻止Ag+和I-的沉淀反应的发生，那么Ag+和I-的氧化还原反应是否能够实现呢？

该实验设计的关键就是设法阻断Ag+和I-的直接接触，我们不妨把硝酸银溶液和碘化钾溶液分别盛装于两个不同的烧杯中，这样可确保Ag+和I-不直接接触。但是我们还要设法实现Ag+和I-间的氧化还原反应，设计成双液原电池装置应该就是一个很好的手段，它可以使氧化反应和还原反应分别在原电池的两极发生，同时又确保两极的电解质溶液不直接接触。我们用灵敏电流计来检验反应过程中产生的电流，在电路中接上一个滑动变阻器调节电阻，以确保实验安全。基于上述思考，设计实验装置，如图1：

3.2 实验验证

3.2.1 实验仪器和试剂

100mL烧杯3只、试管2只、盐桥1根（称取琼脂2g放入100mL饱和KNO3溶液中，浸泡片刻，再缓慢加热至沸腾，待琼脂全部溶解后稍冷，将琼脂溶液倒入洗净的U型管中，直至溶液与U型管的上口齐平，注意管中不能有气泡，冷却到室温即凝固成冻胶固定在管内）、灵敏电流计（量程100μA）1只、滑动变阻器（100Ω 1A）、电键1只、石墨电极2根、导线2根、胶头滴管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 实验操作

按照实验装置图连接好实验装置，将滑动变阻器电阻调至最大值处，向两只烧杯中分别加入AgNO3溶液和KI溶液各80mL。向第三只烧杯中加入80mL KI溶液，直接放置于空气中。向前两只烧杯中插入盐桥，合上电键，调节滑动变阻器，注意观察灵敏电流计指针是否偏转、KI溶液中的颜色变化以及石墨电极的变化。一段时间后，用胶头滴管分别吸取两只盛放KI溶液烧杯中的液体，将其分别滴入盛有淀粉溶液的试管中，观察颜色变化。

3.2.3 实验现象和结论

合上电键，调节滑动变阻器，直至发现灵敏电流计指针发生偏转，如图2，说明该装置已经构成了原电池。3分钟后，KI溶液开始变黄，随后溶液黄色逐渐加深，5分钟后取出其中的溶液滴入盛有淀粉溶液的试管中，淀粉溶液立即变蓝。同时取直接放置在空气中的KI溶液，也滴入盛有淀粉溶液的试管中，淀粉溶液没有变蓝。经对照实验，说明原电池装置中确实生成了I2单质，而且排除了空气中氧气氧化的影响。30分钟后，可观察到置于AgNO3溶液中的石墨电极表面出现少许光亮，6小时后，可看到石墨电极表面有大量的银白色物质析出，如图3，可断定反应中生成了单质Ag。根据上述实验现象，可以得出结论：在上述实验过程中，当我们有效地阻止了Ag+和I-的直接接触，即可发生氧化还原反应，从而我们的理论分析和实验设想都得到了有力的实验证实。

4 結语

教师是一个专业化的职业，教师的职业行为首先要以专业知识和理论为依据。教师对于学科知识的完整把握和不断更新是成为一名优秀教师的必要条件。尽管大多中学化学教师是从化学教育专业毕业的，在大学时期学习了比较系统的化学知识和化学理论。然而在踏上教师岗位，经历了一段时间的教师生涯以后，仍然需要不断地将学科知识回炉，以更精湛娴熟的学科知识和理论来武装我们的头脑，这样我们才能更好地驾驭中学化学教学，不偏听、不盲从。此外，我们还要不断地追踪化学科学的发展，了解化学发展的新知识、新理论、新方法和新成就，以便我们建立不断更新的知识结构，形成开放科学的思维方式，这无疑将有助于我们更好地胜任中学化学教学，不懈怠、不落伍。