氯气与水反应实验设计及相关教学剖析“化学平衡”是化学中平衡理论体系核心,是学衡等必备基础知识,对深入理解其他平衡具有重要理论指导意义。由于实际教学中很难找到合适方法使学生直接感受化学平衡建立过程,沪科版教材补充氢气与碘单质可逆反应,直接呈现反应物与生成物浓度随时间变化数据,用以说明可逆反应不能进行到底[1]。可逆反应存在化学平衡,多数教师在教学时仅限于宏观性质讲解,学生对化学平衡学忆,没有进行太多思维活动,很难理解并掌握这一概念,因此该内容一直是化学教学重点与难点[2~3]。笔者认为有必要通过实验帮助学生剖析反应达到平衡状态过程与特征,通过宏观实验现象解释微观反应历程,建立坐标图像模型,发展学生思维,帮助其理解与掌握知识[4]。 1实验选择在学习该内容之前,学生已经知道二氧化硫催化氧化、工业合成氨、二氧化碳与水、氯气与水反应是可逆反应,了解影响化学反应速率因素,故在此基础上可以深入剖析可逆反应与化学平衡。在上述反应中,笔者选择有色气体氯气与水反应作为本节知识学习载体,巧妙利用气球与医用注射器,使反应装置密闭;用笔式酸度计测定溶液pH变化情况,酸度计读数变化表示溶液中H+(生成物)含量变化,解决反应现象不明显问题;实验结束后,用NaOH溶液吸收残余氯气,防止污染,体现绿色化学思想。 2实验改进 、氯气与水反应化学平衡与次氯酸解离平衡,溶于水部分氯气与水发生反应生成HCl与HClO,此时氯气与水反应化学平衡与次氯酸解离平衡同时存在且相互影响[5]。 25℃时,Ka(HClO)=×10-8,根据范特霍夫方程可求得0℃时,Ka(HClO)=×10-8;当体系中溶液pH 装置中A口处接一次性塑料滴管作为内导管,可将氯气直接通入水中,氯气与水充分接触,发生可逆化学反应。在通入氯气之后,体系中该可逆反应正反应反应物浓度大于逆反应反应物浓度,正反应速率大于逆反应速率,即溶液中氢离子生成速率大于消耗速率,因此溶液pH迅速下降。从t=0s时刻起,逆反应反应物浓表1实验一过程中溶液pH记录(水起始温度T=21℃,室温T′=18℃) 表2实验二过程中溶液pH记录(60s时三颈烧瓶浸入冰水中,冰水T=0℃,室温T′=18℃) 图2溶液pH-t趋势图度逐渐升高,正反应反应物浓度逐渐降低,逆反应速率增大而正反应速率减小,正逆反应速率差值逐渐减小,氢离子生成量与消耗量差值逐渐减小,因此,溶液中pH-t趋势图从t=0s时刻起先急速下降,后缓慢下降;t=15s时,正反应速率与逆反应速率相等,溶液pH不变,可视为该反应达到化学平衡状态。 t=60s时,将三颈烧瓶浸入冰水混合物中,由于氯气与水正反应是放热反应,降低体系温度,平衡正向移动,此过程中,溶液pH又呈现先快速下降后缓慢下降趋势;t=88s时,溶液pH再次保持不变,说明该反应在此状态下重新建立新化学平衡。当反应达到上述两个平衡状态时,三颈烧瓶中均能看到未反应黄绿色气体――氯气,说明该反应是可逆反应,反应不能进行到底。 3实验在教学中应用本实验可用于有关“化学平衡”教学中,将难以直接观察可逆反应通过酸度计读数反映出来,根据酸度计读数变化规律剖析该可逆反应反应历程,寻求反应达到化学平衡状态四个特征――①动:动态平衡;②等:v(正)=v(逆)
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