超理文獻:萬草化學吧言行大全
聲明
摘錄自百度超理吧,原貼已散失,整理者:舉白邀明毅。作者:萬草園主
轉載過程中部分格式被毀,希望熱心的超理研究者加以整理,謝謝。
正文
原創)主題:化學故事集(1)(作者:萬草園主) 1、化學的定義 中文「化學」一詞,是從日本引進的日語漢字詞彙,它是英文chenistrey、俄文 химия(研究物質變化的科學)的意譯,化==變化。英文chenistrey(舍密亞)、俄文химия(黑密亞),是阿拉伯文「鍊金術」(阿拉舍密亞)的音譯,但是改變了原義。翻譯外來名詞,西方習慣於舊音新意,日本則是另造新詞,例如,愛智學(希臘文)——研究世界觀和通用方法論的科學(英俄音譯)——哲學(新造的日語漢字詞彙),數字遊戲(希臘文)——數字運算(英俄音譯)——算術(借自中文的日語漢字新詞)。國家狀態學(拉丁文)——歸納思維+算術(英俄音譯)——統計(新造的日語漢字詞彙,取意「統而計之」,統==歸納思維,計==算術)。「化學、哲學、算術、統計」4詞均見《日漢辭典·日語漢字索引》。 現行課本指出:「化學是一門研究物質的組成、結構、性質以及變化規律的基礎自然科學」,此定義由幾個陌生的概念堆砌而成,似乎頗為嚴謹,但是對於中學化學並不合適。邏輯學指出,定義就是用已知的概念界定陌生事物,所以初中化學仍應採用經典定義:化學是研究物質變化的科學。到了高中,了解「分子」概念之後,再引入現代定義:化學是研究分子變化的科學(錢學森,1977年12月9日《人民日報》)。
(原創)主題:且說分子式的局限,兼答學子問(作者:萬草園主) 19世紀,發明了分子式,化學開始有了自己的專用語言。分子式使零零散散的化學知識,形成系統,使化學成為一門真正的科學,也使化學成為一門記憶的科學(以記住分子式和由分子式組成的反應方程為最終目標),直到20世紀初,科塞爾原子模型出現,化學才成為理論科學,但分子式並未失去價值,依然是化學的銳利武器。 分子式只反映分子中原子的種類和個數,不反映原子在分子中是如何排列的,分子式的這個局限使它完全不能適應有機化學,例如,白色、難溶於酒精、略帶甜味的葡萄糖,與淡黃色、易溶於酒精、甜味很濃的果糖,分子式都是C6H12O6 , 沸點為--0. 50C的正丁烷,與沸點為—11 . 70C的異丁烷 ,分子式都是C4 H10 ,於是,布特列洛夫發明了分子結構式,以取代分子式。這時,人們發現,在無機化學中,雖然布氏結構式不應、不必取代分子式,但有時,依靠分子式難於解答的問題,布氏結構式卻能迎刃而解。
1、顯示化合價 分子式有時不能顯示化合價,布氏結構式卻能。 例1 指出Fe304 中Fe的化合價(百度網〈悲酥請風〉問) 因為Fe304 的布氏結構式為0==Fe—0—Fe—0—Fe==0 ,所以O為2價(每個O上有2條短線),2個Fe為3價(上有3條短線),1個Fe為2價(上有2條短線)。 有的書上把Fe304 寫成Fe203·Fe0 ,這是在布氏結構式發明之前,在「固守分子式」的前提下,借用「復鹽」寫法的權宜之計,不是很科學。 例2 指出過氧化鈉Na2O2和雙氧水H2O2中O的化合價 其布氏結構式分別為Na—O—O—Na 和H—O—O—H,每個O上有2條短線,故O為2價。其中,—O—O—稱為「過氧鏈」,故「雙氧水」又叫過氧化氫。 Δ布氏結構式只能給出化合價的絕對數值,不能給出化合價的正負。科塞爾原子模型指出:O在任何情況下,一律顯-2價。 例3 指出NH4NO3中、NH4CI中、NH4OH中各原子的化合價(至少有5個省市的中考出過這樣的試題), 程耀堯在其主編的《初中化學知識要點專題解析》中給出了答案:先定H為+1價,後定與其相聯的N為-3價,認為(NH4)+ 離子的正1價是由+1價的H所提供,即 N -3H+14N+5O-23 ,此答案貌似合理:((-3)+ 4(+1))+((+5)+3(-2))==(+1)+(-1)==0(分子中各原子化合價代數和為0),但是,只要寫出NH4NO3的布氏結構式,就會發現,程的答案是錯誤的: (需考證) H H O N——O——N
H O H 表明,與H相聯的N,還與O相聯。因O永為--2價,故與O聯結的N,只能顯正價。與正價N聯結的H,只能顯負價。正確的答案是:N +5H-14N+5O-23 ,即O為-2價,N為+5價,H為-1價(科塞爾原子模型指出: H可為-1價),((+5)+ 4(--1))+((+5)+3(-2))==(+1)+(-1)==0,(NH4)+ 離子的正1價是由+5價的N所提供。 同理,NH4CI的布氏結構式為 H H N——CI H H N +5H-14 CI-1,即O為-2價,N為+5價,H為-1價,CI為-1價,((+5)+ 4(--1))+(-1)==(+1)+(-1)==0 ,(NH4)+ 離子的正1價是由+5價的N所提供。 同理,NH4CI中的布氏結構式為 H H N——O——H H H N +5H-14 O-2H +1 ,即O為-2價,N為+5價,與N相聯的H為-1價,與O相聯的H為+1價(科塞爾原子模型指出: H可為-1價,也可為+1價),((+5)+ 4(--1))+((--2)+(+1) )==(+1)+(-1)==0 ,(NH4)+ 離子的正1價是由+5價的N所提供。 2、顯示酸、鹼和兩性物質的本質,解釋他們的區別 布氏結構式指出,酸和鹼都是氫氧化物,酸是非金屬元素的氫氧化物:H—O—R ,鹼是金屬元素的氫氧化物:H—O—M 。在水中,不停運動的極性水分子在溶解後的極性氫氧化物分子上層層取向而對其「水合」,產生「撕裂」作用,在H—O—R中,O—R鍵強於H—O鍵,所以H—O鍵斷裂:H—O—R → H— + —O—R ,於是,溶液中出現大量H—(H離子),故顯酸性,—O—R稱為酸根(「根」==集團離子); 在H—O—M中,H—O鍵強於O—M鍵,所以,在水分子的撕裂作用下,O—M鍵斷裂:H—O—M → H—O— + —M ,於是,溶液中出現大量H—O—(稱為氫氧根離子,寫為OH),故顯鹼性,—M稱為金屬離子。 為了區別酸和鹼,在分子式寫法上作了「硬性規定」:HROn表示酸,M(OH)n 表示鹼,因此,無論是Fe(OH)3還是Fe(OH)2都不能寫成酸的形式H3 FeO3 和H2FeO2 (百度網〈218. 1***〉問) Zn雖是金屬,但它的氫氧化物(H—O—Zn—0—H)卻表現出「兩性」,遇酸(H離子),O—Zn鍵斷裂,表現為鹼性:—H + H—O—Zn—0—H + —H → —H + H—O— + —Zn— + —0—H + —H → H—O—H + —Zn— + H—O—H,其分子式寫為Zn(OH)2 ,表示它是鹼。 如果遇到鹼(OH根離子),H—O 鍵斷裂,表現為酸性:H—O— + H—O—Zn—0—H + —O—H → H—O— + H— + —O—Zn—O— + —H + —0—H → H—O—H + —O—Zn—0— + H—O—H ,其分子式寫為H2 ZnO2 ,表示它是酸。 原創)主題:化學故事集(2)(作者:萬草園主) 2、化學起源於中國 按西方流行的觀點,化學起源於阿拉伯的鍊金術,但據英國學者李約瑟的《中國科技史》,化學起源於中國的煉丹術。當公元8世紀(中國唐代)阿拉伯出現第一部鍊金著作《七十書》(蓋倍爾)時,中國的煉丹家們已經在長期的煉丹實踐中發明了火藥(能著火的煉丹藥料)。世界第一部系統的丹書,是公元2世紀(東漢)魏伯陽的《周易參同契》,第二部是公元3世紀(西晉)葛洪的《抱朴子》。煉丹就是把丹砂(紅色硫化汞)在丹爐中煉成「還丹」(紫色硫化汞),魏伯陽指出:「搗治併合之,持入赤色門,……,色轉更為紫,赫然成還丹」,《抱朴子》指出:「丹砂燒之成水銀,積變又還成丹砂」,即HgS(紅色)—→Hg + S—→HgS(紫色),中間產物是水銀(Hg)。魏伯陽對水銀的性質作了精彩的描述:「河上奼女,靈而最神,得火則飛,不見埃塵」,譯成白話:「河上少女,靈巧神奇,遇火就飛,不見蹤跡」, 因此,煉丹成功的關鍵是不讓水銀蒸發,魏伯陽對煉丹過程作了精彩的描述:「搗治併合之,持入赤色門。固塞其際會,務令至完堅。炎火張於下,晝夜聲正勤。候視加謹慎,審察調寒溫。氣索命將絕,休使亡魄魂。色轉更為紫,赫然成還丹」,譯成白話:「搗碎再搗碎,持入赤色區,縫隙要塞緊,丹爐須密閉。爐下張火焰,爐中聽聲音。守候應謹慎,調溫須細心。當其死生際,不要丟其魂,顏色變為紫,還丹已煉成」。鑑於水銀「得火則飛」,為了「休使亡魄魂」(不讓水銀蒸發),必須使丹爐密閉(固塞其際會,務令至完堅)。
魏伯陽還指出:「河上奼女,靈而最神,……,將欲制之,黃芽為根」, 譯成白話:「想要制伏她,硫磺最相宜」,即Hg+S—→HgS,因此我們可以設想,煉丹的原料,除丹砂(HgS)之外,一定還有硫磺(S),目的就是使丹砂受熱分解出的水銀全部變成還丹。 但是,不可避免地水銀沒有全部變成還丹,這些水銀又不能全部收集乾淨。魏伯陽發現,可以用金華(鉛)處理丹爐內外的少量水銀:「太陽流珠,常欲去人,卒得金華,展轉相因,化為白液,凝而至堅」,譯成白話:「閃光之珠,常想躲人,遇到金華(鉛),與之相親,初為白液,後變固體」。因此,煉丹需要用鉛處理丹爐,從而產生了鉛的冶煉,《抱朴子》指出:「胡粉(氧化鉛)投火中,色壞變為鉛」(按:胡粉為古代美白皮膚的化妝品,「塗脂抹粉」抹的就是胡粉)。 為了使紅色丹砂受熱分解出的水銀全部變成紫色還丹,除添加硫磺之外,後世的煉丹家還嘗試過添加硝(硝酸鹽)和「皂角子」(皂樹的果實,相當於木炭),當比例符合一硝二磺三木炭時,丹爐內就會著火,稱為「著火之藥料」,簡稱「火藥」。最初,火藥的配方是作為安全禁忌告戒門人的,後來才有意為之。雖然火藥是在無意中發明的,但是誰也不能否認這是一個偉大的發明。
「19世紀的化學是記憶的科學,20世紀的化學是理解的科學。課本不應像19世紀的化學那樣,單純地羅列知識,而應當邏輯地展開它。不要把有關的知識『立刻攤出』,而應把學生的認識過程,與本門科學緩慢走過的歷史路程,儘量接近起來,使理論之根失去它的苦味,要分析從無知中怎樣出現了知識,不完全不確切的知識怎樣成了更完全更確切的知識」(莫斯科大學化學教授涅克拉索夫) 3、燃素論的興廢 燃燒與火,是中國煉丹家早就關注的問題,魏伯陽說「炎火張於下,審察調寒溫」,成語說「爐火純青。17世紀,歐洲資本主義開始發展,煤的燃燒成為工業的主要能源。為解釋燃燒現象,1700年德國史塔爾提出「燃素論」:「燃燒就是可燃物質放出燃素的分解反應」。 燃素論可以解釋燃燒現象,因此被人們所接受,風行了將近百年之久。後來,燃素論遇到了難題,例如,金屬鎂的燃燒,按照燃素論,鎂放出燃素,重量應當減少,但是,發現鎂燃燒後重量卻增加了,於是,有人提出「燃素具有負重量」,但是從未分離出純淨的燃素來。 徹底摧毀燃素論的是法國學者拉瓦錫。1772——1777年,他把天平引入化學研究,化學開始成為定量科學。經過對燃燒的定量研究,拉瓦錫發現,空氣是一種混和物,體積的1 / 5是氧(拉瓦錫稱為「活空氣」),4 / 5是氮(拉瓦錫稱為「死空氣」), 燃燒就是可燃物質與「活空氣」(氧)的化合,空氣體積因此減少1 / 5,而可燃物質的重量增加了,其增加值等於空氣重量的減少值,並提出「文字反應方程式」,例如,鎂 + 氧==氧化鎂,方程式兩邊的重量相等,即「反應物重量之和等於生成物重量之和」,這句話被學者們稱之為「物質不滅定律」。 主題:化學故事集(中學課本補充與注釋)(4)(作者:萬草園主) 4、道爾頓提出原子論 1772——1777年,法國學者拉瓦錫,把天平引入化學研究,化學開始成為定量科學。1800年前後,定量研究發現,當兩種物質生成不同的新物質時,如果把新物質中的一種原物質的重量固定,則另一種原物質的重量呈簡單的整數比,例如煤炭在空氣中燃燒,可以生成兩種不同的氣體(隨空氣充足與否而定),第一種氣體含碳43%,含氧57%(重量百分比),氧重量是碳重量的1.3倍(57 / 43),第二種氣體含碳27%,含氧73%,氧重量是碳重量的2.7倍(73 / 27),若將這兩種氣體中碳的重量固定,則氣體中氧的重量為1比2(2.7 / 1.3),學者們把這稱之為「重量倍比定律」。 1803年,英國道爾頓為解釋「重量倍比定律」,提出「原子論」:「一切物質都由原子構成,重量倍比就是原子個數之比」。
主題:化學故事集(中學課本補充與注釋)(5)(作者:萬草園主)
魏伯陽還指出:「河上奼女,靈而最神,……,將欲制之,黃芽為根」, 譯成白話:「想要制伏她,硫磺最相宜」,即Hg+S—→HgS,因此我們可以設想,煉丹的原料,除丹砂(HgS)之外,一定還有硫磺(S),目的就是使丹砂受熱分解出的水銀全部變成還丹。 但是,不可避免地水銀沒有全部變成還丹,這些水銀又不能全部收集乾淨。魏伯陽發現,可以用金華(鉛)處理丹爐內外的少量水銀:「太陽流珠,常欲去人,卒得金華,展轉相因,化為白液,凝而至堅」,譯成白話:「閃光之珠,常想躲人,遇到金華(鉛),與之相親,初為白液,後變固體」。因此,煉丹需要用鉛處理丹爐,從而產生了鉛的冶煉,《抱朴子》指出:「胡粉(氧化鉛)投火中,色壞變為鉛」(按:胡粉為古代美白皮膚的化妝品,「塗脂抹粉」抹的就是胡粉)。 為了使紅色丹砂受熱分解出的水銀全部變成紫色還丹,除添加硫磺之外,後世的煉丹家還嘗試過添加硝(硝酸鹽)和「皂角子」(皂樹的果實,相當於木炭),當比例符合一硝二磺三木炭時,丹爐內就會著火,稱為「著火之藥料」,簡稱「火藥」。最初,火藥的配方是作為安全禁忌告戒門人的,後來才有意為之。雖然火藥是在無意中發明的,但是誰也不能否認這是一個偉大的發明。
「19世紀的化學是記憶的科學,20世紀的化學是理解的科學。課本不應像19世紀的化學那樣,單純地羅列知識,而應當邏輯地展開它。不要把有關的知識『立刻攤出』,而應把學生的認識過程,與本門科學緩慢走過的歷史路程,儘量接近起來,使理論之根失去它的苦味,要分析從無知中怎樣出現了知識,不完全不確切的知識怎樣成了更完全更確切的知識」(莫斯科大學化學教授涅克拉索夫) 3、燃素論的興廢 燃燒與火,是中國煉丹家早就關注的問題,魏伯陽說「炎火張於下,審察調寒溫」,成語說「爐火純青。17世紀,歐洲資本主義開始發展,煤的燃燒成為工業的主要能源。為解釋燃燒現象,1700年德國史塔爾提出「燃素論」:「燃燒就是可燃物質放出燃素的分解反應」。 燃素論可以解釋燃燒現象,因此被人們所接受,風行了將近百年之久。後來,燃素論遇到了難題,例如,金屬鎂的燃燒,按照燃素論,鎂放出燃素,重量應當減少,但是,發現鎂燃燒後重量卻增加了,於是,有人提出「燃素具有負重量」,但是從未分離出純淨的燃素來。 徹底摧毀燃素論的是法國學者拉瓦錫。1772——1777年,他把天平引入化學研究,化學開始成為定量科學。經過對燃燒的定量研究,拉瓦錫發現,空氣是一種混和物,體積的1 / 5是氧(拉瓦錫稱為「活空氣」),4 / 5是氮(拉瓦錫稱為「死空氣」), 燃燒就是可燃物質與「活空氣」(氧)的化合,空氣體積因此減少1 / 5,而可燃物質的重量增加了,其增加值等於空氣重量的減少值,並提出「文字反應方程式」,例如,鎂 + 氧==氧化鎂,方程式兩邊的重量相等,即「反應物重量之和等於生成物重量之和」,這句話被學者們稱之為「物質不滅定律」。 主題:化學故事集(中學課本補充與注釋)(4)(作者:萬草園主) 4、道爾頓提出原子論 1772——1777年,法國學者拉瓦錫,把天平引入化學研究,化學開始成為定量科學。1800年前後,定量研究發現,當兩種物質生成不同的新物質時,如果把新物質中的一種原物質的重量固定,則另一種原物質的重量呈簡單的整數比,例如煤炭在空氣中燃燒,可以生成兩種不同的氣體(隨空氣充足與否而定),第一種氣體含碳43%,含氧57%(重量百分比),氧重量是碳重量的1.3倍(57 / 43),第二種氣體含碳27%,含氧73%,氧重量是碳重量的2.7倍(73 / 27),若將這兩種氣體中碳的重量固定,則氣體中氧的重量為1比2(2.7 / 1.3),學者們把這稱之為「重量倍比定律」。 1803年,英國道爾頓為解釋「重量倍比定律」,提出「原子論」:「一切物質都由原子構成,重量倍比就是原子個數之比」。
主題:化學故事集(中學課本補充與注釋)(5)(作者:萬草園主)
1811年,為了擺脫困境,瑞典阿佛加德羅,提出「分子」 概念,改造貝氏假說:氣體由分子組成,氣體分子由2個原子組成。分子是氣體的最小單位,在相同體積的氣體中,含有相同數目的分子。於是,H2 + Cl2==2 H Cl ,O 2+ N2==2NO , 成功地解釋了實驗事實。 但是,貝氏堅持認為,原子的結合,應當是電性的結合,兩個完全相同的原子,不可能合為一體。由於貝氏是舉世聞名的學者(發明元素符號),阿氏是個無名之輩,所以阿氏的假說被摒棄。 1840年,在世截化學大會上,卡尼柴羅重申阿氏假說,「分子」概念終於到公認。於是,出現了「分子式」,又用分子式改造和武裝了拉瓦錫發明的「文字化學方程」,從此,化學開始成為一門真正的科學。但是,分子式只顯示分子中原子的種類和數目,反應方程式只顯示反應前後分子的名稱和它們之間的比例,即,只反映當然,不反映所以然。分子式和反應式的所以然,必須依靠柯塞爾原子模型來解決。 主題:中學化學之要——兼說如何學好化學(作者:萬草園主) 民初學者王國維,在《人間詞話》中指出:「古今成大事業、大學問者,必經三個境界:一、『昨夜西風凋碧樹,獨上高樓,望盡天涯路』(晏殊)」——居高臨下,「二、『衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴』(柳永)」——刻苦勤奮,「三、『眾里尋他千百度,驀然回首,那人卻在,燈火闌珊處』(辛棄疾)」——終獲成功,學習化學,第一就是「居高臨下」,我想助你一臂之力。 化學是一門外語課,它有自己的專門語言。化學是一門歷史課,它有自己的知識歷程。化學是一門理論課,它有自己的理論之劍。 一、知識歷程 1772年,提出文字化學方程。 1803年,提出原子論。 1810年,改造「元素」定義。 1813年,發明通用的元素符號。 1860年,發明元素周期表。 1860年,提出分子論,發明分子式,根據分子式和「文字化學方程」,發明反應式,明確「化學反應實質就是分子的破壞和新生,就是原子的重新組合」 1897年,發現電子,否定原子不能再分。 1911年,提出原子的行星式模型(電子繞核運動)。 1916年,提出柯塞爾原子模型(核外電子分層排布,電子層又分為亞層,原子的性質和行為,主要決定於最外層的S、P亞層),對化學反應作出理論解釋,使化學由「當然化學」變為「所以然化學」。 現行中學課本的最大不足,就是沒有介紹和使用亞層概念。 二、化學語言 1、周期表 表中數字==元素編號==核外電子數 族 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ 0 周期 (一 ) 1 — — — — — — — — — 2 (二) 3 4 5 6 7 8 9 — — — 10 (三) 11 12 13 14 15 16 17 — — — 18
(四) 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 — 29 30 31 32 33 34 35 — — — 36 周期歌(七字歌) (一)氫H與氦 He (二)(鋰鈹硼)碳、氮氧氟(押韻) (Li 、Be 、B)、C、 N 、O、F (三) 鈉鎂鋁硅、磷硫氯(押韻) Na、Mg、 Al、 Si、P、 S、Cl (四) 鉀鈣(鈧鈦、釩)鉻錳 K、Ca、(Sc、Ti 、V)、Cr、Mn 鐵(鈷鎳)、 Fe(Co、Ni) 銅鋅(鎵鍺、砷硒)溴(押韻) Cu、Zn、(Ga、Ge、As、Se)、Br (括號內的元素不必記) 族歌(三字歌) 0 氦 氖氬,Ⅰ(鋰)鈉鉀,Ⅱ(鈹)鎂鈣。Ⅲ(硼)鋁(鈧),Ⅳ 碳硅(鈦),Ⅴ氮磷(釩),Ⅵ氧硫(鉻),Ⅶ氟氯溴。
2、分子式 簡明記錄分子的組成 (1)酸,非金屬的氫氧化物 R—O—H ,分子式為 HR0 ,稱為R酸,例如,
硫的氫氧化物 O ‖ H——O——S——O——H ‖ O 分子式為H2S04 ,稱為硫酸。 又如,氯的氫氧化物H——O——Cl——0——H, 分子式為H2 Cl O2,稱為次氯酸。
(2)鹼,金屬的氫氧化物 M—O—H ,分子式為 MOH (不可寫為MHO),稱為氫氧化M,例如,鈣的氫氧化物H——O——Ca——O——H 分子式為Ca (OH)2(不可寫為Ca (HO)2 ),稱為氫氧化鈣。
(3)鹽,金屬和非金屬的氧化物 M—O—R,分子式為MRO ,稱為「R酸M」,例如,鈉和氯的氧化物Na——O——Cl——0——Na , 分子式為Na 2 Cl O2,稱為「次氯酸鈉」。 三、理論之劍 柯塞爾原子模型 核外電子分層排布,電子層又分為亞層,原子的性質和行為,主要決定於最外層的S、P亞層。 (1) 由核向外,第1電子層有1個S亞層,第2電子層有S、P兩個亞層,第3電子層有S、 P、d三個亞層,第4電子層有S、P、d、f 四個亞層。S亞層有1個電子軌道。P亞層有3個軌道,d亞層有5個軌道,f亞層有7個軌道。每一個軌道可以容納2個自旋方向相反的電子。(2)在同一層中,電子是依次填充(填滿S後再填P……),但是,由4S軌道的能級低於3 d軌道(能級交錯),所以,電子是先填4S軌道,再填3 d軌道。(3)對P、d、f亞層,都是『平行填充』: 如果有2個電子,就填為2P1,2P1,2P0,而不是填為2P2,2P0,2P0 ;如果有3個電子,就填為2P1,2P1,2P1,而不是填為2P2,2P1,2P0 。 Δ H是第1號元素,有1個電子,為1S1,這個電子可以『被』電負性較大的原子,如O、N、S、P、Cl等拉遠,表現為+1價;H也可『把』電負性小於H的離子團上的電子,例如 —N—Cl和—N—O 的電子,拉近自己,表現為為--1價(NH4離子團)。 Δ C是第6號元素,有6個電子,為1S2,2S2,2P1,2P1,2P0(平行填充),最外層上有1個全空軌道和2個半空的軌道,原子核對最外層電子的束縛較O為弱,2個2P1電子可以被O拉遠而形成共價電子對(共價鍵),顯+2價(CO);受到能量激發,2S2上的1個電子,可以躍遷到2P0上,成為2S1,2P1,2P1,2P1(軌道雜化),這4個電子可以全部被O拉遠,表現為+4價(CO2) Δ N是第7號元素,有7個電子,為1S2,2S2,2P1,2P1,2P1(平行填充),最外層上有3個半滿的軌道,可以拉近3個外部電子,填滿3個2P1軌道,顯--3價;最外層上有3個半空的軌道,原子核對最外層電子的束
1、什麼是酸?現行初中化學課本說:「電離時生成的陽離子全部是氫離子的化合物叫做酸。HCl、HNO3、H2SO4都屬於酸類」(第二冊39頁)
蘇天輔《形式邏輯》說:「『定義』就是用熟習的概念解釋陌生事物」,而「課本定義」卻是用陌生概念解釋陌生事物,所以我擅自作了修改:
「酸是非金屬元素的氫氧化物。
R——0——H ,分子式寫為HR0 ,稱為R酸。
例如,硫的氫氧化物(由於技術原因,其結構式在網上被搞亂了),分子式寫為H2SO4,,稱為硫酸。
又如,氯的氫氧化物H——O——Cl——0——H,分子式為H2 Cl O2,稱為次氯酸」
我為什麼以次氯酸為例?而不以氯酸、高氯酸為例?因為後二者的結構式複雜,怕在網上被搞亂。
我這樣改動之後,學生的反應不錯,說是「比書上的好懂」,因為我偶然在化學吧上讀到:「 現在的(化學)老師都是混飯的」,不以其為然(然==正確),於是決定在化學吧發几几張帖子。
<肟>君說:「又如,氯的氫氧化物H——O——Cl——0——H,分子式為H2 Cl O2,稱為次氯酸。這是教育人??? 」 ,我不大明白他的意思,他似乎沒有看懂我的帖。
2、什麼是鹽?現行初中化學課本說:「電離時生成金屬離子和酸根離子的化合物叫做鹽」(第二冊41頁)。
我擅自對「課本定義」作了修改:「鹽是金屬元素和非金屬元素的(共同)氧化物。 M——O——R,分子式寫為MR0,稱為「R酸M」, 例如, 鈉和氯的氧化物Na——O——Cl——0——Na , 分子式為Na 2 Cl O2,稱為『次氯酸鈉』」 我這樣改動之後,學生的反應不錯,說是「比書上的好懂」。 <肟>君說:「化物Na——O——Cl——0——Na ,分子式為Na 2 Cl O2,稱為『次氯酸鈉』,簡直就是…… 」, 我不大明白他的意思.,他似乎沒有看懂我的帖。 主題:關於氰酸、雷酸、硼酸和高錳酸鉀——答Prating(作者:萬草園主) Prating在< 回復>中說: 「樓主的做( 說?)法只對簡單的酸有效,遇上複雜酸根就說不清了。 像CNO-(氰酸根)NCO-(雷酸根),用樓主的理論就解釋不通了。 對於B(OH)3 (硼酸)這樣一特殊形式產生H+的酸也不能解釋。 (1) 氰酸,其分子式為HNCO,如果想像(NC)==R,就完全符合酸的分子通式HRO。根據氰酸的結構式H—N==C==O,可以說 「氰酸是非金屬元素(NC)的氫氧化物」。 (2) 雷酸的結構式為H—O—N亖C,完全符合酸的結構通式H—O—R,故完全可 以說 「雷酸是非金屬元素(NC)的氫氧化物」。 但是,如果把它的分子式寫為HNCO,就與氰酸的分子式混肴了(雷酸與氰酸是一對「同分異構體」——分子中原子的種類和數目相同,但排列情況不同),為與氰酸分子式相區別,把雷酸的分子寫為HONC 。 (3) 誠然,如Prating 所言,「硼酸(在水中)產生H+」,但其形式並不「特殊」,還是可以納入HRO定義的:
H——O——B——O——H
|
O
|
H
(B與3個O相聯, O再與3個H相聯)
完全可以說: 硼酸是非金屬元素硼的氫氧化物。
Prating把硼酸分子式寫為B(OH)3 ,表明:(i)承認硼酸的確是B的氫氧化物,
(i i)不符合「分子式書寫通則」:把酸一律寫為HRO,把鹼一律寫為MOH,把鹽一律寫為MRO ,按此,硼酸分子式應當是H3BO3(莫斯科大學《普通化學教程》559頁)。
(4)Prating說:「對於鹽的定義,按樓主所說,那麼高錳酸鉀這類該放在什麼地方?」
高錳酸鉀的結構式為 K—O—Mn—3O(相當於高氯酸鉀)
如果想像K==M(金屬),Mn==R(相當於+7價的Cl),則高錳酸鉀就是鉀和錳的共同氧化物,完全符和鹽的定義:M和R的共同氧化物。鹽的分子通式為MRO,按此,高錳酸鉀的分子式為KMnO4 。
(5)Prating說:「初中化學上的定義,相比後來的質子理論,電子理論還是很有缺陷的,但好像還是比樓主所說(的)準確」,我不追求準確和嚴謹,我追求簡單和適用,華羅庚詩云:「神奇化易是坦道,易化神奇不足提」,課本定義當然是準確的了,但對部分初中學子來說,還是神奇了一點,我試著「神奇化易」,如果真能「對簡單的酸有效」,那我就知足了。
(6)Prating說:「樓主的那個例子,那個東西怎麼看也不是次氯酸鈉嘛」,批評得十分正確,衷心謝謝。
主題:為什麼CO可燃(與O化合)而C O2不能? (1)C是第6號元素,有6個核外電子,電子的排布情況為1S2,2S2 、2P1、2P1 、2P0(不是2P2、2P0、2P0——平行填充原理),最外層有2個半空的P軌道(2P1 、2P1)和1個全空的P軌道(2P0)。如果受到能量激發,核外電子排布將變為1S2,2S1 、2P1、2P1 、2P1,最外層有4個半空的軌道,稱為S—P軌道雜化。 (2)O 是第8號元素,有8個核外電子,電子的排布情況為1S2 ,2S2 、2P2、2P1 、2P1(不是2P2,2P2、2P0——平行填充原理),最外層有2個半空的P軌道(2P1 、2P1)
(3)C與O2相遇,不加熱,則相安無事,如果加熱到一定溫度,C就使O2分解(O2→2O)而燃燒(C與O化合),此溫度稱為C的燃點。無定形C燃點較低,石墨和金剛石燃點較高(700——800攝氏度)
4)如果O2量不足,就生成一氧化碳:反應式為C+O2→CO,實際為O2→2O,C+O→CO 此時,C最外層的2個2P1 電子,與O最外層的2個2P1電子,結成2個偏離C而偏近O的共用電子對,C:1S2 ,2S2 、2P1+1、2P1+1 、2P0 ;O :1S2 ,2S2 、2P2、2P1+1、P1+1, C顯+2價(共用電子對偏離C)。O顯--2價(共用電子對偏近O):C==O (5)在CO中,C最外層有6個電子,有1全空的P軌道(2P0),這就給軌道雜化提供了條件,而多出2個半空的P軌道(1S2,2S1 、2P1+1、2P1+1 、2P1),還能與另1個O結合,生成CO2,此時,C最外層有8個電子,所有軌道全被充滿(C的2P0先變2P1——軌道雜化,最後變為2P1+1,即變為:1S2,2S1+1、2P1+1、2P1+1 、2P1+1),不能再與O結合。 (6)如果O2量充足,C就直接生成CO2,反應式為C+O2→CO2,實際為O2→2O,C+2O→CO2 。 (7)C生成CO、C生成CO2、CO生成CO2時,O2都必須先行分解為O 。
主題:錦上效應和屏蔽效應——O與Cl非金屬性的比較
N、O、F、S、Cl,都是非金屬,但非金屬性有強有弱,解釋的依據有兩條:一是錦上效應,二是屏蔽效應。
N是第7號元素,有7個電子,排為1S2;2S2,2P1、2P1、2P1(平行填充)。
O是第8號元素,有8個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P1,2P1(平行填充)。
F是第9號元素,有9個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P1 。
N有3個半空的2P軌道,O有2個,F有1個,柯塞爾說:電子的行為是先去錦上添花,後去雪中送炭,因此,非金屬性(拉近電子的能力),F最強,O次之,N最弱——這就「錦上效應」。
F的非金屬性比O強,是不爭之事實,因為存在「氟化氧」( 《普通化學教程》234頁:「氟化氧(OF2)是無色的氣體,--145度變為深黃色液體,--224度變為固體」) ,錦上效應成功地作了解釋。
S是第16號元素,有16個電子,排為——3S2,3P2、2P1、2P1。最外層結構與O相同,但S的非金屬性弱於O:SO2。
為解釋這一事實,柯塞爾提出「屏蔽效應」:S比O多1個電子層,由於這層電子的屏蔽作用,S核對最外層電子的拉近能力(非金屬性),弱於O。
O的非金屬性強於Cl ,這是不爭之事實,因為存在Cl的氧化物——「氧化二氯Cl 2O 」
(《普通化學教程》244頁:「氧化二氯是棕黃色的氣體,溶於水時,生成H ClO,即氧化二氯是次氯酸的酸酐」)。
柯塞爾解釋說:對O、Cl而言,屏蔽效應大於錦上效應。
主題:能級交錯:又說高錳酸鉀 Mn是第25號元素,有25個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2,3P2、3P2、3P2,3d1、3d1、3d1、3d1、3d1(平行填充);4S2,4P0、4P0、4P0 。 柯塞爾說:4S能級低於3d ,故電子先填4S、後填3d,故Mn之4S已滿而3d1半空,這就叫作「能級交錯」。 但是,4S畢竟是最外層,故4S電子首先參加反應。 Mn最外層有2個4S電子,與Mg 、Ca相似(12號Mg:1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2,3P0、3P0、3P0 。20號Ca:——4S2,4P0、4P0、4P0),失去這2個4S電子,顯+2價離子鍵,故Mn的中文名稱,同Mg 、Ca一樣,都「從金」:錳、鎂、鈣。 但是,Mn還有5個半空的3d規道,其上的5個3d電子,與那2個4S電子,一起參加反應:跟其他原子(例如O)的「自由電子」,結成7個偏離Mn的「共用電子對」,顯+7價共價鍵,例如,K—O—Mn—3O(K Mn04),此時,Mn非常像Cl:K—O—Cl—3O(K Cl 04),故周期表把Cl放在ⅦA組,把Cl放在ⅦB組(記住!周期表說:Cl和Mn的典型化合價都是+7)。 除+7價共價鍵外,Cl還顯--1價離子鍵(Na Cl),--1價共價鍵(H Cl),+1價共價鍵 (H— O —Cl),+3價共價鍵(H —O—Cl =O),+5價共價鍵(H —O—Cl亖 2O),這都能從 Cl的最外層電子排布(柯塞爾模型)得到解釋:3S2,3P2、3P2、3P1 。 除+7價共價鍵外,Mn還顯+2價(MnO),+3價(Mn2O3),+4價(MnO2),+6價(MnO3,H2 MnO4)(《普通化學教程》279頁),這都能從Mn的最外層和次外層電子排布(柯塞爾模型,能級交錯)得到解釋:3d1、3d1、3d1、3d1、3d1;4S2,4P0、4P0、4P0 。
曾青,並非CuSO4——化學散語(1)
《淮南萬畢術》說:「曾青得鐵,則化為銅,外化而內不變」,有人據此說,早在西漢時候(公元前),中國已經知到了下記反應:Fe + CuSO4==Cu + FeSO4 ,說曾青就是CuSO4 。
但是,據《本草綱目》,曾青是天然藥石,何來天然CuSO4 ?
《本草綱目》又說:「曾青無毒。斑瘡入目,曾青一錢,搗汁和『點』。風熱目病,曾青四兩,每以少許畜鼻中,立有功效」,即:曾青可以外用於眼和鼻。但是,現在果農卻用CuSO4殺蟲!勸君切不可把CuSO4當作曾青,外用於眼和鼻中。。
北京大學張子高先生,在《化學史稿》指出:「曾青即Cu(OH)CO3——鹼式碳酸銅」
鹽酸和氨水混合,並非NH4Cl的水解——化學散語(2)
氨水是氨氣(NH3)的水溶液,大部分以氨的水合分子(NH3·aq )存在,少量變成
NH4—OH ,它是弱鹼,電離度較小,即OH—濃度較低。
鹽酸是強酸,其電離度接近100%,即H+濃度較高。
大量的H+,在消耗了OH—以後(H + OH— →H2O) ,還有剩餘,這剩餘的H+,使PH小於7。這與NH4OH 的水解(使水離解),是有區別的。
Cu :似乎並未能級交錯——化學散語(3)
Cu是第29號元素,有29個電子,排為——3S2,3P2、2P2、3P2,3d2、3d2、3d2、3d2、3d2;4S1 。似乎3d亞層與4S亞層並未能級交錯。
但是,如果回顧28號元素Ni (——3d2、3d2、3d2、3d1、3d1;4S2),就會得出結論:從19元素K開始,就出現了能級交錯,只因K、Ca電子較少,不必回頭填充3d軌道,能級交錯未能表現出來,到21號元素Sc,能級交錯開始表現,一直28號元素Ni ,未曾間斷,所以,我們相信,29號元素Cu,本來也是實現了能級交錯的:——3d2、3d2、3d2、3d2、3d1;4S2 (4S有2個電子,3d有1個半空軌道),只因「錦上效應」, 4S2的1個電子又躍到3d1上,而變成了現在這個樣子(4S有1個電子,3d全滿)。
Cu最外層只有1個電子(4S1),結構與K相似(——3d0、3d0、3d0、3d0、3d0;4S1),所以周期表把K排在ⅠA族,把Cu排在ⅠB族。這也與Cu的性質相符:與O化合,顯+1價(Cu2O)。
但是,Cu與K還是不同的:K的3d軌道全空,Cu的3d軌道全滿。
Cu的3d軌道雖然全滿,但也並非絕對穩定,3d上的1個電子,還是能被他種原子,連同那個4S1電子,一起奪走,此時Cu顯+2價(CuO,CuCl2)。
雖然周期表把Cu排在Ⅰ(B)族,但Cu更多的時候是顯+2價。
反應式:化學反應的表面記錄 ;化學反應:分子破壞,原子重新組合:——化學散語(4)
AgN03 + NaCl ==Na N03 + AgCl↓,只是一個表面記錄,實際過程是分兩步完成的
(1) 分子破壞
AgN03 →Ag+ + N03—
NaCl → Na+ + Cl—
(1) 原子重新組合
Ag+ + Cl— → AgCl↓
同理,2H2+O2==2H2O ,只是一個表面記錄,實際過程是分兩步完成的:
(1) 分子破壞
H2→H + H ,
O2→O + O
(1) 原子重新組合
H + O + H →H —O —H
複分解反應:必在水中近行——化學散語(5)
雖然,AgN03 + NaCl ==Na N03 + AgCl↓,已經得到公認,但是,如果把乾燥的固體
AgN03和乾燥的固體NaCl,混合在一起,無論混合得多麼均勻,你都不會看到任何變化。
如果把它們的混合物,放入試管,然後向試管中加水,你將會看到:試管內壁
瞬間塗滿乳白色物質(非常好玩),這就是AgCl沉澱。
結論:鹽類發生反應之前,必須先行電離,而電離的先決條件,就是水的存在。
鹽的電離:水合,水外套——化學散語(5)
鹽(M—O—R,寫為MRO)是離子化合物,其分子的一半帶+電,另一半帶--電:
{(M)+ ·(OR)--} 。
水是極性共價分子(HOH),呈V形(上面兩點是H,下面一點是O,夾角為104.5度),
它有兩極,一極顯+電,另一極顯--電:+{HOH}-
鹽入水中,水分子就把鹽分子包圍,並且「層層取向」(+ --交替):
……+{HOH}-+{HOH}(M)+ ·(OR)--}+{HOH+{HOH}-……
這個過程稱為「水合」。 水合是化學變化,因為分子發生了變化(普通分子變為水合分子)
作布朗運動的水分子,把鹽分子「撕成兩半」,一半帶+電,稱為陽離子,另一半帶--電,稱為陰離子。此過程稱為「電離」。水分子帶著水合離子向周圍擴散,完成了鹽的溶解過程。溶解過程由水合(化學變化)、電離(化學變化)、擴散(物理變化)構成。水合、電離放熱,擴散吸熱,綜合效果決定著一個溶解過程究竟是放熱還是吸熱。多數鹽類的溶解過程是放熱的。
必須指出:
(1) 溶液中,離子都是水合的(有人把水合陽離子寫為M·,把水合陰離子寫為R』;有人寫為M+·aq ,R--·aq ——aq念「阿跨」,是拉丁文「水」的縮寫,以作區別,但均未通行)
(2)水合離子上的水分子是「層層取向」,共有好多層,就像穿了厚厚的「水外套」。
各種水合離子的「遷移速率」相近,證明了「水外套」的存在——儘管各種人的素質不同,但如果人人都穿了其厚無比的衣褲,那麼,他們跑步的速度一定相近(這樣的論證,好玩嗎?)
(3)有的水合離子,其內層水分子的數目是確定的,例如,水合Cu離子內層就有5個水分子,所以,可以得到帶5個「結晶水」的CuSO4·5H2O 。
下回再說酸和鹼的電離。
重說鹽酸和氨水混合,並非NH4Cl的水解——化學散語(7)
水解,其實就是「使水分解(電離)」,它是中和反應的逆反應:
中和反應 酸 + 鹼 → 鹽 + 水
水解反應 鹽 + 水 → 酸 + 鹼
按此,NH4Cl的水解,當為:
NH4Cl + H2O → HCl + NH4OH
NH4Cl、 HCl電離度較大,H2O、NH4OH電離度較小,故離子反應式為:
NH4+ + Cl- + H2O → H+ + Cl- + NH4OH
消去Cl-,即為
NH4+ + H2O → H+ + NH4OH
<物理化學>指出:可逆反應的方向,受「能斯特定律」規定,因此,雖然H2O 比 NH4OH更難電離,但是,如果 NH4+的濃度增加(NH4Cl熔於中性水中),則反應向水解方向發展( H2O 分解(電離),H+濃度增加);
如果H+濃度增加(鹽酸存在),則反應向中和方向發展(H2O 生成),即:
H+ + NH4OH → NH4+ + H2O
《 無機化學簡明教程》第152頁:
「鹽酸和NH4OH作用,生成水和NH4Cl,由於水比NH4OH更難電離,所以此中和反應進行得幾乎完全」。
綜合上述:
1、NH4Cl的水解,只能發生在NH4Cl溶於中性水中之時(使溶液顯酸性)
2、鹽酸和氨水混合,是一個「能夠進行到底的中和反應」,與NH4Cl的水解「風馬牛不相及」。
「鹽酸和氨水混合,並非NH4Cl的水解」, 此為水解反應之ABC,Prating卻說「樓主搞笑啊」,表明他不但不知ABC,而且不知一句農諺:「乾癟的谷穗昂首向天」。
「死記的化學」與「說理的化學」——化學散語(8)
舍子效應、錦上效應、屏蔽效應、誘導效應,是「說理化學」之劍。
1、「死記的化學」: …… 「金屬活動順序表:K,Na,Ca,Mg……H,Cu……」
2、「說理的化學」對金屬活動順序表的解釋: (1)Na是第11號元素,有11個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S1。 K是第19號元素,有19個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2,3P2、3P2、3P2;4S1。 它們的共同特點,是最外電子層「只有1個電子」,這個電子容易失去,使次外層變為最外層,而次外層的電子軌道,全是滿的,是最穩結構。這就叫作「舍子效應」。
(2)Na有3個電子層,K有4個電子層,這個多出的電子層,有屏蔽作用,它使K核對最外層電子,束縛力減弱,故K的4S1電子,比Na的3S1電子,更易失去,所以,金屬活動性K 比Na大。這就叫作「屏蔽效應」。
(3)Mg是第12號元素,有12個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2。
跟Na 一樣,M g也存在「舍子效應」,但是,舍2子比舍1子困難,所以,金屬活動性Na 比Mg大。
(4)Ca 是第20號元素,有20個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2,3P2、3P2、3P2;4S2。 按「屏蔽效應」, 金屬活動性Ca比 Mg大。
(5)按「舍子效應」, 金屬活動性Na 比Ca比大(舍1子比舍2子容易),按「屏蔽效應」, 金屬活動性Na比Ca小,綜合結果,「舍子效應」占上風,金屬活動性Na 比Ca大。
(6)H是第1號元素,有1個核外電子,排為1S1,因此,它有「亞舍子效應」:與其它原子(例如N、O、Cl)的1個電子,組成「偏離」H的電子對,顯正價,這種行為,與金屬相似,所以,把H也列入金屬活動順序表。但H也可組成「偏近」H的電子對,顯負價(事見本文之「誘導效應」),因此,H的金屬活動性較小。
(7)Cu是第29號元素,有29個電子,排為1S2;2S2,2P2、2P2、2P2;3S2,3P2、3P2、3P2;3d2、3d2、3d2、3d2、3d2;4S1。 Cu可以失去4S1電子而顯+1價,但是,這個4S1電子,能級比那10個3d電子低(能級交錯),核對它的束縛力較強,想要跑掉,談何容易,所以,生成Cu2O的溫度非常之高(約為900攝氏度)(高溫就是提供高的激發能量——提供電子逃跑所需能量),Cu可以失去4S1電子和1個3d電子而顯+2價,這雖然比單獨失去4S1電子容易(生成CuO比生成Cu2O的溫度要低),(失去高能級電子,比失去低能級電子,容易),但是,從5個全滿的3d軌道失去電子,畢竟是困難的,所以,金屬活動性Cu比H還低。
3、「死記的化學」: …… 「分子中原子化合價代數和為零。H永遠為+1價」 按此,NH4Cl、NH4OH,NH4NO3之「NH4」中,N為--3價。
4、「說理的化學」認為這個答案是錯誤的,並提出自己的解釋,解釋的利劍,就是誘導效應。 NH4Cl為4H——N——Cl,N既與H相鏈,又與Cl相鏈,稱為「中心原子」。
H為1S1 N為1S2;2S2,2P1,2P1,2P1(平行填充) Cl為1S2;2S2,2P2,2P2,2P2;3S2,3P2,3P2,3P1
H與1價金屬相似,顯然,非金屬性N強於H,故NH3中,H顯正價,N顯負價。 按錦上效應,非金屬性Cl強於N,按屏蔽效應,非金屬性N強於Cl ,綜合結果,錦上效應占上風,非金屬性Cl強於N,所以,在「——N——Cl」中, Cl顯負價,N顯正價。 顯正價的N再與H相鏈,就「誘導」H顯負價,H的化合價本來就可正可負(由其電子結構所決定),於是就接受「誘導」而顯負價。 H顯負價,與「分子中原子化合價代數和為零」,並不矛盾: {(--1)× 4 +(+5)} + (--1)== 0 還能正確解釋「NH4」的+1價,是來自N,而不是來自H。
NH4OH為4H——N——O——H,其中,O為「施誘原子」( -2價),N是「中心原子」(+5價),與N相鏈的4個H,是「受誘原子」(-1價)。
NH4NO3為4H——N——O——N——2O,O為「施誘原子」( -2價),N是「中心原子」(+5價),與N相鏈的4個H,是「受誘原子」(-1價)。
NNO3為H——O——N——2O,不存在誘導效應,O(-2價),H(+1價),N(+5價) 重說複分解反應:必在水中進行,兼答肟等四學子——化學散語(9) 初級中學《化學》(人民教育出版社,1982年)第215頁: 反應類型 1、化合反應 A + B ==AB 2、分解反應 AB == A + B 3、置換反應 A + BC ==B + AC 4、複分解反應 AB +CD == AD + C B 複分解反應,指在溶液中,AB 與CD兩種物質,交換成分,生成兩種新物質AD 和C B的反應,複分解反應能否發生,要考慮是否有沉澱、氣體或水生成。 按此 ( 1)「複分解反應」是一個專用名詞,它專指發生在水溶液中的離子反應(A+ + B- + C+ + D-),其前提是「必須有水存在」(否則不能電離),而且,必須「有沉澱、氣體或水生成」。 (2)融體中的離子反應,不在「複分解反應」概念的界定範圍之內。
(3)與氧化銅反應的,必須是硫酸「溶液」( 有水存在!),用固體硫酸,恐怕不行。
三說「複分解反應,必在水中進行」——化學散語(10) Prating說「初中化學,拿到高中就是錯的,就像高中的拿到大學裡就不對一樣 」 此話顯系無稽(無據)之談,起碼,「複分解反應,必在水中進行」,初中課本與大學課本,是一致的。初中課本,前已抄錄於《重說……》帖中,現在抄錄大學課本,是為《三說》。 《普通化學》(高等教育出版社,1956年)第179頁: 「複分解反應是指溶液中的離子交換反應。 水溶液中電解質之間的反應,很多就是這種離子交換反應,它們可用下式表示: AB + CD == AD + BC 如果AB 和CD都是強電解質,它們在水溶液中將完全電離,溶液中將只有A+、B-、 C+、D- 4種離子,此時,反應結果將完全由生成物AD 和 BC來決定。 這裡可能有兩種情形: (1) AD 和 BC都是易溶於水的強電解質, (2) AD 和 BC都是,或者其中一種是弱電解質或難溶於水的物質(氣體或沉澱)。
現在以實例來說明這兩種情形。 混和NaCl溶液和KNO3溶液,如果它們能起交換反應,其分子方程式將是: NaCl + KNO3==Na NO3 + KCl 因為這4種鹽都是易溶於水的強電解質,用它們的離子表示,將是 Na+ + Cl- + K+ + NO3-==Na+ + NO3- + K+ + Cl- 由此可以看出,實際上在溶液中根本沒有發生任何反應,在混和這2種電解質溶液的前後,溶液中存在的是同樣的4種離子:Na+ 、 Cl- 、 K+ 和NO3- 。 根據混和時沒有放熱和吸熱現象,也可以說明此時沒有發生化學反應。 因此,反應方程式NaCl + KNO3==NaNO3 + KCl 不成立。
假如生成物之一是弱電解質,情形就不同了,例如,混和鹽酸和醋酸鈉溶液時,所發生的反應是
CH3COONa + HCl == CH3COOH + NaCl
混和前,溶液中有4種離子:CH3COO - 、Na+ 、H+和Cl - ,混和後,H+和CH3COO 生成了難電離的CH3COOH(<萬草>按:其電離度為1.3%),如用離子表示溶液中的強電解質,可以寫為:
CH3COO- + Na+ + H+ + Cl-== CH3COOH + Na+ + Cl-
其離子方程式即為
CH3COO- + H+ == CH3COOH
離子方程式為
CH3COOH + OH- == CH3COO- + H2O
表明,弱酸或弱鹼參與中和的反應,其離子方程式不能用H+ + OH- == H2O表示,其中和熱不是13.8千卡,而是13.3千卡,顯然,1摩爾醋酸電離時,吸收了0.5千卡的熱量。
由上述各種類型的反應,可以得出結論:
溶液中,發生離子交換反應的必需條件是,生成弱電解質(包括水,水是最弱的電解質),或者,生成難溶於水的物質(沉澱或氣體)。
另外,還有一種離子交換反應,在這種反應中,不僅不生成難溶物質,相反地,可以使原來的難溶物質溶解,例如,難溶於水的固態Cu(OH)2,可以在鹽酸溶液中溶解:
Cu(OH)2(固態沉澱)=== Cu(OH)2(溶液中的水合分子)=== Cu++ + 2(OH)-
鹽酸溶液中,有大量的H+,它們與從水合Cu(OH)2分子電離出來的(OH)- 結合,生成最難電離的水分子,如果H+足夠多,就可以使反應不斷向右進行,直到固態Cu(OH)2完全溶解。溶液中有H+存在,生成最難電離的水分子,是使Cu(OH)2溶解的原因。
Cu(OH)2溶解的離子方程式是:
Cu(OH)2 + 2H+== Cu++ + 2H2O
Cu(OH)2溶解的分子方程式是:
Cu(OH)2 + 2 HCl == CuCl2 + 2H2O
…… …… 」
暫時就抄到這裡。
結論:
1、複分解反應是指溶液中的離子交換反應。分解==電離。
2、複分解反應,必在水中進行。
3、分子方程式只是反應的表面記錄。