巧用數(shù)軸法厘清混合氣體間的反應產(chǎn)物

馮洪明

[摘要]文章從一道典型習題的解答入手，闡述了數(shù)軸法在化學計算中的運用，其使得結(jié)果分析更直觀、更簡潔，并嘗試建構(gòu)混合氣體連續(xù)反應中過量問題的分析模型、

[關鍵詞]數(shù)軸法;混合氣體;反應產(chǎn)物

[中圖分類號]

G633.8

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（2020）17-0075-02

混合氣體間的反應產(chǎn)物分析往往比較復雜、抽象，是高中化學學習的難點，但若能巧妙借助數(shù)軸化抽象為具體來實現(xiàn)這類問題的解決，往往可以取得較好的效果，進而提升學生學習化學的興趣和效率，啟迪學生思維，培養(yǎng)學生順利建構(gòu)解決此類問題的模型認知。

一、提出問題

【例1】已知NH³和Cl²在常溫下可快速反應生成氮氣，當NH³和Cl²比例不同時產(chǎn)物不同。現(xiàn)將aLNH³和b L Cl²充分混合（氣體均在相同狀況下測得），下列說法不正確的是（

）。

A.若2b≥3a，發(fā)生反應的方程為2NH³+3Cl²=N²+6HCI

B.若5b=6a，發(fā)生反應的方程為5NH³+6Cl²=2N²+IIHCl+NH⁴CI

C.若8b≤3a，發(fā)生反應的方程為8NH³+3Cl²=N²+6NH⁴Cl D.若3a/8≤b≤2a/3，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量9a/8≤n （e-）≤2a

顯然這是一個極富挑戰(zhàn)的混合氣體間的反應產(chǎn)物分析問題。如果僅從完成解答而言，可以借助各選擇項的條件逐個判斷完成。然而從培養(yǎng)和發(fā)展學生認知水平的角度出發(fā)，這并不是上上之策。而這類“反應物量不同產(chǎn)物不同”的習題，若能引入數(shù)軸法，可輕松實現(xiàn)產(chǎn)物的討論。

二、數(shù)軸法分析混合氣體間反應產(chǎn)物的步驟

所謂數(shù)軸，數(shù)學上是指規(guī)定了原點、正方向和長度單位的直線。數(shù)軸上的點與實數(shù)具有一一對應的關系。在化學學習中運用數(shù)軸法，實際上是賦予數(shù)軸特定的化學意義，這樣數(shù)軸上的點就具有了特殊的化學含義。

利用數(shù)軸法分析混合氣體間的反應產(chǎn)物的步驟一般分為以下三步：

（l）找出分段點（或稱臨界點）。這是利用數(shù)軸法完成學習任務的關鍵步驟。具體方法是：分析混合氣體間可能發(fā)生反應的方程式，從而確定氣體間完全發(fā)生反應時可能的數(shù)量關系，這個數(shù)量關系值就是分段點。當然在分析混合氣體間的反應時必須遵循化學特定的規(guī)律，若發(fā)生的是氧化還原反應，則必須符合氧化性或還原性強弱的先后順序;若發(fā)生的是復分解反應，則不能違背復分解反應規(guī)律，譬如結(jié)合H₊或OH_-的能力強弱順序等。

（2）畫出數(shù)軸。畫數(shù)軸，標注數(shù)軸指代的意義，并按次序（一般從小到大）在數(shù)軸上標出分段點。

（3）分析確定各區(qū)間的反應產(chǎn)物。

三、解決問題

首先從題意可知NH³和C1²間發(fā)生了氧化還原反應，NH³轉(zhuǎn)化為N²，Cl²轉(zhuǎn)化為HCl。如果NH³過量，繼續(xù)與HCl反應生成NH⁴Cl。應該說反應的先后次序還是比較清晰的，只是題中給出的氣體量是用字母a、b來表示，而不是具體的數(shù)字，這無意中給解題增加了難度。因此，對于一般的學生，要完成這類混合氣體間反應產(chǎn)物的討論有一定的難度。當然最困難之處在于什么時候NH³過量。而本題是以選擇題的形式呈現(xiàn)，各選擇項可以幫助學生找到這個過量的臨界點。

NH³和CI²混合后首先發(fā)生了氧化還原反應：2NH³+3Cl²=N²+6HCl，進而繼續(xù)發(fā)生NH³+HCl=NH⁴Cl反應。因此，不難發(fā)現(xiàn)，當NH³不足，即a：b≤2：3時僅發(fā)生氧化還原反應，反應產(chǎn)物為N，和HCI;當NH³足量時，即a：b≥8：3時，上述兩個反應均可完全發(fā)生，可用8NH3+3C12=N²+6NH⁴Cl表示。由此，自然就確定了數(shù)軸的兩個分段點2/3和8/3，畫出數(shù)軸后也就能比較輕松地判斷出不同比例組成的混合氣體的反應情況，得出當3a/8≤b≤2a/3時，NH³僅部分發(fā)生氧化還原反應，轉(zhuǎn)移的電子數(shù)應按CI²計算，正確答案為D，具體如圖1所示。

四、變式提升

【例2】已知NH³和CI²在常溫下可快速反應生成氮氣，當NH³和Cl²比例不同時產(chǎn)物不同。現(xiàn)有1L Cl²和N²的混合氣體，其中N²的體積分數(shù)為x，將該混合氣體與I L NH³混合。討論當x取不同范圍的數(shù)值時，所得氣體體積y與x的關系式（氣體體積均在相同狀況下測定）。

顯然這是一個更為復雜的混合氣體間反應產(chǎn)物的分析，從題面上分析是在確定不同的x值，但從發(fā)生的化學反應實質(zhì)來分析卻發(fā)現(xiàn)是NH³和Cl²間的反應，跟N，沒多大關系。一般學生對于這類習題的解答有畏難情緒，甚至無從下手。如果能有效借助數(shù)軸，問題就能迎刃而解。

綜上所述，巧妙應用數(shù)軸法確實可以將復雜的問題變得直觀、形象、簡明化，既能拓展學生思維，更能促進學生的學習和能力的提升。

（責任編輯 羅艷）