模糊表達　準確理解

廖旭杲

在解讀教材過程中，作為教師需要理解教材一些簡潔文字背后往往有諸多內(nèi)涵;在解析一些考題時也應(yīng)明白題面背后的深意，如此，方能居高臨下，深入淺出地準確理解，茲舉數(shù)據(jù)說明之。

例1 （2018年11月浙江省學（選）考試題13）最近，科學家研發(fā)了“全氫電池”，其工作原理如圖1所示。下列說法不正確的是（）。

A.右邊吸附層中發(fā)生了還原反應(yīng)

B.負極的電極反應(yīng)是H，-2e-+2OH-=2H2O

C.電池的總反應(yīng)是2H2+O2=2H2O

D.電解質(zhì)溶液中Na向右移動，ClO2向左移動

解析 近年來全國各地的高考試題中，考查電化學的試題無一例外地全是信息題，其情境素材往往是較新的科研成果，讓學生來體會化學的價值。

此題中的原電池，因負極H2參與反應(yīng)，正極有H，生成，故名“全氫電池”。原電池是把化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置，“全氫電池“是把什么樣的化學能轉(zhuǎn)變成電能的呢？這需要從電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)式中尋找答案。

負極：H2吸附層（并不斷通H2）并處于“NaOH（aq）+NaCl0。（aq）”的堿性環(huán)境，負極發(fā)生的電極反應(yīng)為：

H2-2e-+2OH-（aq）=2H2O

正極：吸附層（產(chǎn)生的H2可以不斷放出）處于“HClO，（aq）+NaClO，（aq）”的酸性環(huán)境，正極發(fā)生的電極反應(yīng)為：

2H+2e-（aq）=H2

電池總反應(yīng)為：

H（aq）+OH-（aq）==H2O（l）

所以該電池的能量來源是中和反應(yīng)的中和熱：

H（aq）+OH-（aq）==H20（I），△H==57.3kJ· mol

OH-來源于負極區(qū)的NaOH，H+來源于正極區(qū)的HClO.，負極區(qū)和正極區(qū)之所以用離子交換膜分隔，是因為可以減少

H（aq）+OH-（aq）=H2O（1）

反應(yīng)的直接發(fā)生，因負極區(qū)OH”參與電極反應(yīng)，導致c（Na）增多，自動擴散到正極區(qū)，同時因正極區(qū)H參與電極反應(yīng)，導致c（ClO;）增大，自動擴散到負極區(qū)。而NaClO4的作用是增強溶液導電性，因其NaClO，在水中溶解度特別大。綜上，原電池總反應(yīng)不一定是氧化還原反應(yīng)，原電池電極反應(yīng)則一定是氧化與還原反應(yīng)。

答案：C

例2 （2018年11月浙江省學（選）考試題30）高鐵酸鉀（K，F(xiàn)eO4）可用作水處理劑。某同學通過“化學—電解法”探究K，F(xiàn)eO，的合成，其原理如圖2所示。接通電源，調(diào)節(jié)電壓，將一定量Cl2通人KOH溶液，然后滴入含F(xiàn)e+的溶液，控制溫度，可制得K，F(xiàn)eO。

（1）請寫出“化學法”得到FeO2-的離子方程式_______。

（2）請寫出陽極的電極反應(yīng)式（含F(xiàn)eO2-）_____。

解析 所謂“化學一電解法”是指可用“直接化學反應(yīng)法”和“電化學法”兩種方法得到K，F(xiàn)eO。在陰極區(qū)，電極反應(yīng)為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-;在陽極區(qū)，Cl2通人前的電極反應(yīng)為：4OH--4e-==2H2O+O2。

隨著Cl2通入，待溶液出現(xiàn)微黃色，其中發(fā)生化學反應(yīng)：

Cl+2KOH==KClO+KCl+H2O

此時溶液顯堿性具有強氧化性，當在溶液中加人含F(xiàn)e+的溶液時，溶液中ClO～直接氧化Fe（II）得到K2FeO4，此乃“化學法”：

2Fe++3ClO～+10OH-=

2FeO2-+3Cl～+5H2O

或2Fe（OH）+3ClO～+4OH-=

2FeO2-+3Cl～+5H2O

同時，Cl“又可在陽極失電子實現(xiàn)循環(huán)：2Cl～-2e==Cl2

Cl2+2OH=ClO～+Cl～+H2O

生成ClO～可再氧化Fe（I）、實現(xiàn)再循環(huán)（如圖3所示）。其中OH-部分來自陰極電極反應(yīng)2H20+2e==H2+2OH-的補充，OH-可通過鹽橋移向陽極。

“化學法”得到K，F(xiàn)eO，的理論依據(jù)是：在堿性環(huán)境下，ClO-氧化性大于FeO子-，使“化學法”（ClO～直接氧化Fe（I））得到K，F(xiàn)eO，的條件得以成立。

FeO2-+3e-+4H，0-Fe（OH）+5OH-φ°（FeO2-/Fe（OH），）=0.72V

ClO”+2e-+H，0==CI～+2OH-

φ°（ClO/C1～）=0.8895V

在堿性環(huán)境下，同時有CI～存在時，陽極Fe（I）能否（或先于CI”或與CI同時）失去電子被氧化得FeO2～？

OH-在石墨電極上放電生成O2，超電勢（除與氣體種類有關(guān)外，還與電流密度等相關(guān)）約1.1V，而CI：在石墨電極上放電生成Cl，超電勢約0.1V。所以反應(yīng)實際電動勢：φ°（Cl：/Cl-）≈1.458V，φ°（O2/OH-）≈1.5V，所以CI～優(yōu)于OH-在陽極上放電。但Fe（II）的還原性大于CI～，所以才有“電解法”制K，F(xiàn)eO，成立。只有當Fe（II）失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)得到FeO？～的濃度達到一定值時，C1～才能在陽極同時失去電子。

綜上，在堿性環(huán)境下，F(xiàn)e（Il）在陽極失去電子能力遠大于CI～，電解法（電化學法）得到K2FeO，條件完全滿足，陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為：

Fe+-3e-+8OH==2FeO2-+4H20

或Fe（OH）;-3e-+5OH-=2FeO2-+4H20

可能還有部分學生有疑問：陽極附近的Fe（I）被消耗后，是什么力促使Fe（）進一步移向陽極發(fā)生氧化反應(yīng)？原因有二：一是隨著陽極電極反應(yīng)消耗Fe+陽極附近c（Fe+）降低，外圍的Fe+可進一步擴散至陽極，即Fe+離子可因為是濃度高低產(chǎn)生的擴散力作用而移向陽極。二是在強堿性環(huán)境中，F(xiàn)e（OH），膠粒因吸附帶負電，在電場力的作用下移向陽極。

答案：

（1）2Fe3++3ClO～+10OH-=2FeO2-+3Cl～+5H2O

或2Fe（OH）+3ClO～+4OH=2FeO2-+3Cl～+5H2O

（2）Fe+-3e-+8OH-=2FeO2-+4H2O或Fe（OH）。-3e-+5OH--2FeO2-+4H2O

例3 （2017 年北京理綜題28，有改編）某小細在驗證斥應(yīng)

Fe+2Ag==Fe++2Ag

的實驗中檢測到Fe+發(fā)現(xiàn)和探究過程如下。

向硝酸酸化的0.05 mol·L-1硝酸銀溶液（pH≈2）中加人過量鐵粉，攪拌后靜置，燒杯底部有黑色固體，燒杯中的無色上清液能檢驗出Fe3+。

（1）檢驗產(chǎn)物

①取出少量黑色固體，洗滌后，_______（填操作和現(xiàn)象），證明黑色固體中含有Ag。

②取上層清液，滴加K，【Fe（CN）6】溶液，產(chǎn)生藍色沉淀，說明溶液中含有_______

（2）針對“溶液呈黃色”，甲認為溶液中有Fe+乙認為鐵粉過量時不可能有Fe+乙依據(jù)的原理是_______（用離子方程式表示）。針對兩種觀點繼續(xù)實驗：

①取上層清液，滴加KSCN溶液，溶液變紅，證實了甲的猜測。同時發(fā)現(xiàn)有白色沉淀產(chǎn)生，且溶液顏色深淺、沉淀量多少與取樣時間有關(guān)，對比實驗記錄如下：

（資料：Ag與SCN-生成白色沉淀AgSCN）②對Fe+產(chǎn)生的原因作出如下假設(shè)：

假設(shè)a：可能是鐵粉表面有氧化層，能產(chǎn)生Fe

假設(shè)b：空氣中存在O2，由于_______（用離子方程式表示），可產(chǎn)生Fe+;

假設(shè)c：酸性溶液中NOz具有氧化性，可產(chǎn)生Fet;

假設(shè)d：根據(jù)現(xiàn)象，判斷溶液中存在Ag，可產(chǎn)生Fe。

③下列實驗I可證實假設(shè)a、b、c不是產(chǎn)生Fe+的主要原因。實驗II可證實假設(shè)d成立。

實驗I：向硝酸酸化的_______溶液（pH≈2）中加入過量鐵粉，攪拌后靜置，不同時間取上層清液滴加KSCN溶液，3min時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。

實驗II：裝置如圖4。其中甲溶液是_______，操作及現(xiàn)象是_______

（3）根據(jù)實驗現(xiàn)象，結(jié)合離子方程式推測實驗i～i中Fe+濃度變化的原因：_____。

解析 （1）反應(yīng)

Fe+2Ag==Fe2++2Ag

有兩種產(chǎn)物：Ag和Fe？+需分別檢驗：

①黑色固體中肯定有過量的鐵粉，此外還有置換出來的Ag，要證明其中有Ag，方法有二：

（i）將Ag轉(zhuǎn)化為Ag，利用CI-來檢驗其中的Ag：加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀，證明黑色固體中含有Ag。

（ii）將鐵溶解，若還有固體剩余必為Ag：加足量稀鹽酸，使固體充分溶解，仍有不溶物，證明黑色固體中含有Ag。

②可采用赤血鹽K，【Fe（CN）。】（鐵氰化鉀）來檢驗Fe2+：

K+【Fe（CN）?！恳?Fe=

KFe【Fe（CN）。】↓（藍色沉淀）

（2）乙認為鐵粉過量時不可能有Fe+是因為這兩者不能共存：

2Fe3++Fe==3Fe+

此反應(yīng)屬于熱力學進行得很徹底的反應(yīng)，查表知：φ°（Fe/Fe2+）=0.771V，φ°（Fe2+/Fe）==0.440V，lgKθ=nE9/0.0591=2x1.211/0.0591=41，標準平衡常數(shù)很大K°=1041。

其實，F(xiàn)e？+在水溶液中以水合鐵離子的形式存在，如【Fe（H20）6】3+呈淡紫色，幾乎無色;但一般地含F(xiàn)e+溶液呈黃色，是因為【Fe（H20）?！俊卑l(fā)生水解反應(yīng)而顯黃色：【Fe（H20）。】+（幾乎無色）+nH，0【Fe（OH）。（H20）6-】3-“（黃色）+nH2O（n=0～6），如pH=2～3時，F(xiàn)e+水解成Fe（OH）（H20）弓，F(xiàn)e（OH）（H20）ζ呈黃色，隨著pH的升高，F(xiàn)e+水解生成更復雜的單核羥基配合物或進一步聚合成多核羥基配合物，所以Fe+水解后，不能再用中（Fe/Fe2）來解釋了，其正極電極電勢大幅降低，所以不能氧化過量的鐵粉了。

題示對比實驗卻證實反應(yīng)后確有Fe+產(chǎn)生，基于中學生的認識水平，命題人給出了4種假設(shè)，繼續(xù)設(shè)計實驗探究成因：原溶液是AgNO，溶液，基于控制單一變量的原則，仍然選用硝酸鹽溶液作對照，如NaNO，、KNO，等，溶液濃度仍然保持在0.05 mol·L-1，現(xiàn)象對比鮮明：

原實驗現(xiàn)象：3min時溶液呈紅色，30min時溶液紅色較3min時加深。

對照實驗現(xiàn)象：3min時溶液呈淺紅色，30min后溶液幾乎無色。

兩者對照：原實驗30min時為什么會有較多的Fe存在？不難發(fā)現(xiàn)其原因不是因為鐵粉表面有氧化層被HNO，溶解的原因（假設(shè)a），也不是溶解氧氧化Fe+的原因（假設(shè)b），也不是NO，在H存在下氧化Fe2+的原因（假設(shè)c），因為這三種因素原實驗和對照實驗里均存在，而原實驗30min時有較多的Fe+只能是Ag的緣故。為此，命題人引導學生繼續(xù)設(shè)計實驗來證實。

注意明確實驗II的目的是通過原電池反應(yīng)來證實是Ag°氧化Fe2為Fe，發(fā)生的原電池反應(yīng)應(yīng)為：

Ag+Fe==Ag+Fe

正極反應(yīng)式為：Ag+e-=Ag，負極反應(yīng)式應(yīng)為：Fe2-e-==Fe+所以甲溶液應(yīng)選用亞鐵鹽，可用FeSO.溶液，為避免影響Fe+發(fā)生氧化反應(yīng)，亞鐵鹽的陰離子不宜用NO3或CI～。為檢驗原電池反應(yīng)后有Fe，相應(yīng)的操作及現(xiàn)象是：分別取電池工作前與工作一段時間后左側(cè)燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深。

（3）綜合以上分析，結(jié)合實驗現(xiàn)象不難發(fā)現(xiàn)實驗i～iii中Fe+濃度變化的原因：3min時，反應(yīng)

Fe+2Ag==Fe2+2Ag

進行中，還有較多Ag剩余，所以滴加KSCN溶液，產(chǎn)生較多的AgSCN白色沉淀，同時由于c（Ag）仍然較大，繼續(xù)氧化Fe為Fe+：FeAB+Fe2，所以可見溶液呈紅色。隨著時間的推移，c（Ag）下降，所以30min時，白色沉淀AgSCN減少，但累積的Fe+較多，所以紅色加深。繼續(xù)反應(yīng)到120min時，c（Ag）繼續(xù)下降，白色沉淀AgSCN進一步減少，在此過程中由于c（Fe2）增大，c（Ag）減小，量的積累導致質(zhì)的飛躍，F(xiàn)e+的氧化性超過Ag，此時Fe+開始氧化Fe：

2Fe++Fe==3Fe2

所以導致120min時c（Fe3+）比30min時少，紅色變淺。

答案：（1）①加硝酸加熱溶解固體，再滴加稀鹽酸，產(chǎn)生白色沉淀②Fe+

（2）Fe+2Fe==3Fe2

②4Fe2++O2+4H==4Fe++2H2O加入KSCN溶液后產(chǎn)生白色沉淀

③0.05 mol·L-1NaNO3溶液FeSO，溶液分別取電池工作前與工作一段時間后左側(cè)燒杯中溶液，同時滴加KSCN溶液，后者紅色更深

（3）溶液中存在反應(yīng)：

①Fe+2Ag==Fe2++2Ag

②Ag°+Fe2==Ag+Fe+

③Fe+2Fe==3Fe2+

反應(yīng)開始時，c（Ag）大，以反應(yīng)①、②為主，c（Fe）增大。約30min后，c（Ag）小，以反應(yīng)③為主，c（Fe2）減小。

解讀文本時，有時會碰到教材在編寫某些比較復雜的化學知識時往往采取模糊性表達，身為教師，此時不應(yīng)將認識停留在教材顯淺的表觀水平，不能僅滿足于理解上的模糊性，應(yīng)對知識的來龍去脈做到心中有數(shù)，在準確、深刻地理解知識基礎(chǔ)上恰當?shù)陌盐战虒W過程。

講解試題時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)命題專家對某些特殊的化學知識，也常采取模糊表達進行描述，言簡意賅。在研究這些試題時教師不能對這些知識的背景“視而不究”，忽視對其“異常性”、“合理性”、“科學性”的拷問，而應(yīng)以此為線索，探究知識的“來龍去脈”。當然具體教學過程中應(yīng)視學情而定，也不能以“澄清知識”為由而超越課程標準和教材，一味“拔高”要求，加深難度，加大容量，從而影響學生的學習積極性和實際接受能力，適合的才縣最好的。