“氫”的教學(xué)價(jià)值

陳星

【關(guān)鍵詞】 化學(xué)教學(xué)；氫；酸堿質(zhì)子理論；金屬性；氧化還原反應(yīng)

【中圖分類號(hào)】 G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 1004—0463（2015）15—0058—01

在化學(xué)教學(xué)中，氫的“高頻”出現(xiàn)反映了其在化學(xué)教學(xué)中有著重要地位。在酸堿質(zhì)子理論中，它是確定酸堿的唯一標(biāo)志，是元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱判斷的重要依據(jù)；在電化學(xué)中，是判定一個(gè)氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生的重要依據(jù)。

氫是構(gòu)成自然界的100多種元素之一。其原子核內(nèi)存在1個(gè)質(zhì)子，但中子數(shù)有多有少，要么1個(gè)，要么2個(gè)，甚至3個(gè)。正因?yàn)槿绱耍瑲浜怂兀ㄔ樱┯?種，分別是氕（氫）、氘（重氫）和氚（超重氫），它們互為同位素。

當(dāng)氫原子失去1個(gè)電子，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)椤奥懵丁钡馁|(zhì)子。表示為： H-e-=H+。

一、 酸堿質(zhì)子理論

酸堿質(zhì)子理論認(rèn)為：凡是能給出質(zhì)子（H+）的物質(zhì)都是酸，凡是能接受質(zhì)子（H+）的物質(zhì)都是堿。

如： HCl、NH4+、HSO4- 、H2PO4- 都是酸。

Cl-、NH3 、HSO4-、SO42- 都是堿。

由此可見，在酸堿質(zhì)子理論中，酸和堿不局限于分子，還可以是陰離子和陽(yáng)離子。

根據(jù)酸堿質(zhì)子理論，酸和堿不是孤立的酸給出質(zhì)子之后就會(huì)生成堿，堿接受質(zhì)子后生成酸。

表示為：酸?質(zhì)子+堿

這種對(duì)應(yīng)關(guān)系稱之為共軛關(guān)系。方程右邊的堿是方程左邊酸的共軛堿，方程左邊的酸是方程右邊堿的共軛酸。酸的酸性越強(qiáng)，其共軛堿的堿性就越弱；酸的酸性越弱其共軛堿的堿性就越強(qiáng)。

1. 酸和堿可以是分子，也可以是陽(yáng)離子或陰離子。

2. 有的離子在某一個(gè)酸堿共軛對(duì)中是酸，在另一個(gè)酸堿共軛對(duì)中卻是堿。如HSO4-。

3. 在酸堿質(zhì)子理論中，沒(méi)有鹽的概念，酸堿鹽理論中的鹽在酸堿質(zhì)子理論中都是離子酸或離子堿。如，NH4Cl中的NH4+是離子酸，Cl-是離子堿。

二、氫是元素金屬性和非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)

氫元素的原子核外存在一個(gè)電子，在和其他物質(zhì)反應(yīng)的過(guò)程中，要么失去核外一個(gè)電子，生成H+，要么從外界獲得一個(gè)電子，生成H-，成為2電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。氫原子的2電子特殊穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)相比較，氫原子的核外1個(gè)電子相當(dāng)于大多數(shù)原子的最外層4個(gè)電子，也就是第ⅣA族元素，這樣看來(lái)，氫元素在周期表中的位置，置于第ⅣA族中絲毫不過(guò)分。但作為氫元素在周期表中為第ⅠA族，同時(shí)周期表中處于第ⅠA族中唯一的非金屬元素，這有點(diǎn)“與眾不同”，但周期表中確實(shí)如此，這是因?yàn)殚T捷列夫周期表反映的是原子結(jié)構(gòu)、周期表中位置和元素性質(zhì)三“位”一體的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1. 氫原子失去1個(gè)電子生成H+，這一性質(zhì)決定了它類似于金屬元素，我們稱之為類金屬，主要表現(xiàn)在：常見金屬活動(dòng)順序表中存在氫。

氫在該表中顯示出“異類”，其實(shí)我們也明確氫在該表中起分界線的作用，氫以前的金屬稱之為活潑金屬，氫之后的金屬稱之為不活潑金屬。由此可見，氫在該順序表中無(wú)疑是“金屬”中的一員。在元素非金屬性強(qiáng)弱的判斷依據(jù)中，我們將元素單質(zhì)和氫氣反應(yīng)生成氫化物的難易，以及生成氫化物的穩(wěn)定性，來(lái)判斷元素非金屬性強(qiáng)弱的依據(jù)。

2. 氫原子得到1個(gè)電子生成H-，這一性質(zhì)決定了它是非金屬元素，主要表現(xiàn)在：

堿金屬單質(zhì)和氫氣反應(yīng)，生成相應(yīng)的氫化物NaH 、 KH、 RbH、 CsH，這些氫化物都不穩(wěn)定。這表現(xiàn)出氫的非金屬性。

三、在氧化還原反應(yīng)中，氫可作為標(biāo)準(zhǔn)電極去測(cè)定其他物質(zhì)的電極電勢(shì)，然后來(lái)判定一個(gè)氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生

1. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極

將鉑片表面上鍍上一層多孔的鉑膜（細(xì)粉狀的鉑），放入氫離子濃度為1.0mol/L的酸性溶液中，不斷通入壓力為103.3KPa（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的氫氣源，使鉑膜電極吸附的氫達(dá)到飽和，這時(shí)存在以下平衡：

2H++2e-?H2

103.3KPa（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）的氫氣飽和了的鉑片和H+濃度為1.0mol/L的酸性溶液所產(chǎn)生的電勢(shì)差，就是標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電勢(shì)。

2. 標(biāo)準(zhǔn)電極電動(dòng)勢(shì)

標(biāo)準(zhǔn)氫電極與其他各種標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下電極組成的原電池，標(biāo)準(zhǔn)氫電極在右邊，用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得原電池的電動(dòng)勢(shì)，就是該電極的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)。

3. 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)表的應(yīng)用

判斷氧化劑和還原劑的強(qiáng)弱，配平氧化還原方程式等。

4. 用標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)判斷氧化還原方向，同時(shí)求得氧化還原方程的平衡常數(shù)

總之，氫在化學(xué)教學(xué)中涉及到方方面面，不能盡述。在教學(xué)中我們只有透過(guò)這些現(xiàn)象揭示本質(zhì)，才能掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。

編輯：張 昀