兩個實驗引發的思考

李傳慶

（如皋市搬經中學江蘇如皋226561）

兩個實驗引發的思考

李傳慶

（如皋市搬經中學江蘇如皋226561）

一般認為，鈉與水反應的實質是鈉與水電離出的氫離子（實際上是水合氫離子，下同）相作用生成氫氣。但筆者認為這種看法欠妥，這里就該問題作一個初步探討。

一、兩個實驗引發的思考

1.對這樣一個實驗大家都很熟悉：向硫酸銅（或其他銅鹽）的水溶液中投入一小塊金屬鈉，這時反應會迅速進行，反應后得到氫氣和氫氧化銅，同時得到鈉鹽。我們知道，在硫酸銅水溶液中存在的微粒有銅離子、硫酸根離子、氫離子、氫氧根離子、水分子，它們的濃度大小一般情況下應有H2O＞SO42-＞Cu2+＞H+＞OH-。從電極電位來看：

考慮溶液中離子濃度大小對電極電位的影響，根據奈斯特方程，設c（Cu2+）=0.1mol/L；c（H+）=0.1mol/L；p（H2）= 10-10atm，則有：

（說明：實際上c（H+）要比c（Cu2+）小，生成H2的分壓要遠大于10-10atm，這里是一種極端假設。也就是說φ H+/H2實際值要比上述數值小。）

從上述分析看，如果鈉跟水反應的實質是鈉跟水電離出的氫離子相作用的話，那么，鈉跟銅鹽溶液反應時得到的則應該是銅，而不是氫氣。與實驗結果相違背。

2.再看一個實驗：取兩塊大小相同的金屬鈉，分別投入純水和1mol/L的NaOH溶液中，發現反應所需的時間非常接近（說明：該反應由于很難準確進行定量測定，故很難給出準確的實驗結果，經過反復實驗，得到測定值約在1∶1.1左右）。如果鈉與水反應的實質是鈉跟水電離出的氫離子相作用，那么，根據質量作用定律，鈉投入氫氧化鈉溶液中的反應要遠比投入水中發生的反應慢。事實并非如此。

二、對兩個實驗的分析

我們知道，在銅鹽溶液中，除了Cu2+和H+能被鈉還原外，另外可以被還原的可能性最大的就是水。從電極電位分析：

K=4.18×1063，說明該反應可以進行得非常完全。而且，溶液中的氧化還原反應進行的次序也不是完全由電動勢決定的。除電動勢（熱力學因素）以外，決定反應次序的還有動力學因素（反應速率）。對上述反應體系來說，溶液中水的濃度（接近55mol/L）要遠遠大于Cu2+和H+的濃度，鈉投入溶液中，首先與水接觸并反應，反應后生成的OH-又進一步與周圍溶液中的Cu2+和H+相作用，使Cu2+和H+濃度進一步降低（若設此時溶液中與鈉接觸的局部溶液c（OH-）=1×10-6mol/L，則由Ksp［Cu（OH）2］= 5.6×10-20可以求出c（Cu2+）=5.6×10-8mol/L；由Kw可求出c（H+）=1×10-8mol/L），使鈉與水接觸的機會大大超過了與銅離子和氫離子接觸的機會。由此可見，鈉與水反應的實質應是鈉與水分子直接反應，生成鈉離子、氫氧根離子和氫氣。當然，不完全排除鈉與氫離子和銅離子反應的可能性，但這兩個反應在這里相對來說實在是太弱了。類似的，由于在氫氧化鈉溶液中水分子的濃度與純水相比沒有明顯的差距，因此，鈉跟氫氧化鈉溶液的反應與鈉跟水的反應相比，速率上也就不會出現明顯的差異。

從結構上看，在水分子中，由于氧元素的電負性極大，使O-H鍵中的共用電子對強烈向氧原子偏移，O-H鍵上的氫原子受到的束縛力較小，且帶有部分的正電荷，當負極的電極電位遠遠小于-0.8277V時，水也可以獲得電子而被還原。

綜上所述，我認為，鈉跟水反應的實質應該是鈉跟水分子直接作用，而不是跟水電離出的氫離子相作用。

三、由鈉與水反應實質想到的

若上述結論是正確的，那么在氯堿工業中，陰極（其電極電位遠遠小于-0.8277V）的電極反應式就不能寫成而只能寫成2H2O+2e-

這樣，總反應式也就順理成章的寫成中學教材（如人教版普通高中課程標準實驗教科書化學選修4《化學反應原理》等）中將氯堿工業陰極的電極反應式寫成H2↑，在書寫總反應式時總有些別扭，解釋時總有牽強附會的嫌疑。同理，我認為在電解硫酸銅溶液時，其陽極的電極反應式只能寫成而不能

以上看法當否，懇請同行不吝賜教，但愿能起到拋磚引玉的效果。

［1］北師大等三校編.無機化學［M］.北京：高等教育出版社，1992

1008-0546（2013）02-0079-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.02.031