“大膽假設(shè) 小心論證”才是應(yīng)有的實驗態(tài)度

文章編號：1005－6629(2010)11－0070－04 中圖分類號：G632.479 文獻標(biāo)識碼：B

現(xiàn)在以想像、邏輯分析代替實驗比較普遍，就是缺少親手實驗這一環(huán)節(jié)。以致于不少人還把一些假象當(dāng)成真實在傳播，既蒙了自己，又誤導(dǎo)了他人。

[問題一](2000全國高考題)在玻璃圓筒中盛有兩種無色、互不相溶的中性液體。上層液體中插入兩根石墨電極，圓筒內(nèi)還放有一根下端彎成環(huán)狀的玻璃攪棒，可以上下攪動液體，裝置如圖1所示。接通電源，陽極周圍的液體呈現(xiàn)棕色，且顏色由淺變深，陰極上有氣泡生成。停止通電，取出電極，用攪棒上下劇烈攪動。靜置后液體又分成兩層，下層液體呈紫紅色，上層液體幾乎無色。根據(jù)上述實驗回答：

(1)陽極上的電極反應(yīng)式為______________。

(2)陰極上的電極反應(yīng)式為______________。

(3)原上層液體是______________________。

(4)原下層液體是______________________。

(5)攪拌后兩層液體顏色發(fā)生變化的原因是_______________。

(6)要檢驗上層液體中含有的金屬離子，其方法是________，現(xiàn)象是_____________。

[簡析]這道高考題的轉(zhuǎn)載率高。我曾撰文指出過（發(fā)表在《化學(xué)教育》2006第十期）。最近在《金版奧賽化學(xué)教程》第一冊的解題指導(dǎo)欄中又見到了該題原解的復(fù)制品。所以我再把它提出來，請同行們正視它。

原命題和解答多數(shù)沒問題，其中第(5)題提供的解答“停止通電，取出電極，用攪棒上下劇烈攪動。靜置后液體又分成兩層，下層液體呈紫紅色，上層液體幾乎無色。”與“I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以絕大部分I2都轉(zhuǎn)移到CCl4中”的解說不妥，必須糾正。因為命題者忽視了一個重要事實，電解過程中生成的強堿KOH或NaOH，在攪棒上下劇烈攪動時，應(yīng)該考慮I2與MOH的反應(yīng)和I2在CCl4中溶解，誰主誰次的問題。做做實驗就清楚了。向碘的CCl4濃溶液中注入稀NaOH溶液，振蕩，結(jié)果溶液基本無色。原題的正確解說應(yīng)該是：碘水呈現(xiàn)的顏色在電解生成的堿中歧化消失， I2+2OH-=I-+IO-+H2O 或是3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O。水層和四氯化碳層幾乎都無色。

高考命題者這種簡單實驗都不去做，何以指導(dǎo)中學(xué)教學(xué)？誤導(dǎo)了多少難得動腦思考的人。命題人解題時缺少聯(lián)想，忽視了過程分析。電解MI溶液后，溶液由MI變成MOH，不是水。怎么能僅用溶解度大小解釋問題呢？缺少聯(lián)想，會使人犯錯。請看下面的一道高考題。

[問題二]工業(yè)上測量SO2、N2、O2混合氣體中SO2含量的裝置如圖2。反應(yīng)管中裝有碘的淀粉溶液。SO2和I2發(fā)生的反應(yīng)為(N2、O2不與I2反應(yīng))：SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI。

(1)混合氣體進入反應(yīng)管后，量氣管內(nèi)增加的水的體積等于___的體積(填寫氣體分子式)。

(2)反應(yīng)管內(nèi)溶液藍色消失后，沒有及時停止通氣，則測得的SO2含量_____(選填：偏高，偏低，不受影響)。

(3)反應(yīng)管內(nèi)的碘的淀粉溶液也可以用___代替(填寫物質(zhì)名稱)。

(4)若碘溶液體積為Va mL，濃度為c mol·L-1，N2與O2的體積為Vb mL(已折算成SPT體積)。用Va、c mol·L-1、Vb表示SO2的體積百分含量為________。

(5)將上述裝置改為簡易實驗裝置，除導(dǎo)管外，還需選用的儀器為_______________。

a．燒杯 b．試管c．廣口瓶 d．容量瓶

e．量筒 f．單孔塞g．雙孔塞

[簡析]這道上海市高考題轉(zhuǎn)載率很高。美中不足的是命題中存在破綻。用碘的淀粉溶液吸收測定SO2、N2、O2混合氣體中SO2含量不夠科學(xué)。原因有二：其一是碘水中碘的含量有限且較低，測定SO2的容量有限，測定結(jié)果相對誤差較大，其二是隨著SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI反應(yīng)的發(fā)生，后續(xù)反應(yīng)O2+4HI=2H2O+2I2很難避免。因為前面自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)放熱，加之不斷生成H+，提高了溶液中c(H+)。溫度、 酸度都會加速后一反應(yīng)的發(fā)生。前后反應(yīng)綜合起來，就是2SO2+O2+2H2O 2H2SO4。不難推知，碘在此測定過程中既充當(dāng)氧化劑，又充當(dāng)催化劑。我們當(dāng)然希望碘只擔(dān)當(dāng)氧化劑，哪只是一相情愿。當(dāng)?shù)獍缪荽呋瘎┙巧珪r，吸收的氣體不再全是SO2，還包括一部分O2，且無法得知有多少O2被吸收。除非再測定溶液中硫酸根的含量與前后氣體的體積差，才能做到。

驗證實驗：配制0.1 mol·L-1、0.01 mol·L-1、0.005 mol·L-1的HI溶液，各取出5 mL，分別滴2滴淀粉溶液，再分別通入空氣，變藍的時間是6 s，20 s，40 s。變色時間隨HI的濃度增高而縮短。生活常識也告訴我們，I-易被空氣中氧氣氧化。不然的話，加碘鹽就不會由過去添加KI而改為有一定風(fēng)險的KIO3了（KIO3是強氧化劑，必須嚴(yán)格限制加入量）。I-在酸性溶液更易被空氣氧化，我們不能忽視這一客觀實際。

要準(zhǔn)確測定SO2、N2、O2混合氣體中SO2含量，實驗圖中反應(yīng)管內(nèi)的溶液適宜用酸性高錳酸鉀或重鉻酸鉀。它們的氧化性都比O2強，反應(yīng)比O2快，靈敏度高，測定SO2的容量大。測定的精確度高(O2存在不會影響測定結(jié)果)。溴水靈敏度高，但容量不大。

[問題三]銅片與濃硝酸反應(yīng)，溶液呈綠色的原因探究。

銅片與濃硝酸反應(yīng)，溶液呈綠色這是客觀事實。是什么原因引起的？不少人認(rèn)為是NO2溶解的結(jié)果。因為NO2氣體為紅棕色，硝酸銅溶液是藍色，兩者復(fù)合色為綠色。果真如此嗎？你必須有根有據(jù)。想像不能代替事實，假想不能作為解釋現(xiàn)象的依據(jù)。

我們認(rèn)為是NO2與Cu2+發(fā)生配合作用的結(jié)果。NO2是兩可配體，可以作硝基，也可以是亞硝酰基。NO2也是多齒配體，我們做了系列實驗，證明綠色是NO2配位引起的。但因?qū)嶒灄l件有限，無法確定是硝基配體還是亞硝酰基配體，也無法確定配位數(shù)是多少。

我們把NO2分別通入硝酸銅溶液、硫酸銅溶液，溶液都呈綠色。然后將綠色溶液均一式兩份。一份充分加熱，很快都又回到原來鹽溶液的本色。將另一份溶液放置一段時間。短時間觀察不到顏色的變化——實驗結(jié)束時還沒有看到變化。帶回辦公室放置。第二天硫酸銅溶液綠色全褪了，硝酸銅溶液的顏色從上到下，由藍漸綠，下面的綠色基本沒有變。放置五天后，硝酸銅溶液下面的顏色還保留著綠色。據(jù)此我們認(rèn)為綠色消失是空氣中O2的介入。發(fā)生4NO2+O2+2H2O=4HNO3，反應(yīng)生成的硝酸根有穩(wěn)定或屏蔽NO2的作用。可能是這樣的：