李傳慶

（如皋市搬經(jīng)中學(xué)江蘇如皋226561）

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)引發(fā)的思考

李傳慶

（如皋市搬經(jīng)中學(xué)江蘇如皋226561）

一般認(rèn)為，鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是鈉與水電離出的氫離子（實(shí)際上是水合氫離子，下同）相作用生成氫氣。但筆者認(rèn)為這種看法欠妥，這里就該問(wèn)題作一個(gè)初步探討。

一、兩個(gè)實(shí)驗(yàn)引發(fā)的思考

1.對(duì)這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)反應(yīng)會(huì)迅速進(jìn)行，反應(yīng)后得到氫氣和氫氧化銅，同時(shí)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(yīng)有H2O＞SO42-＞Cu2+＞H+＞OH-。從電極電位來(lái)看：

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

（說(shuō)明：實(shí)際上c（H+）要比c（Cu2+）小，生成H2的分壓要遠(yuǎn)大于10-10atm，這里是一種極端假設(shè)。也就是說(shuō)φ H+/H2實(shí)際值要比上述數(shù)值小。）

從上述分析看，如果鈉跟水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)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(yīng)時(shí)得到的則應(yīng)該是銅，而不是氫氣。與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相違背。

2.再看一個(gè)實(shí)驗(yàn)：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(fā)現(xiàn)反應(yīng)所需的時(shí)間非常接近（說(shuō)明：該反應(yīng)由于很難準(zhǔn)確進(jìn)行定量測(cè)定，故很難給出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到測(cè)定值約在1∶1.1左右）。如果鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是鈉跟水電離出的氫離子相作用，那么，根據(jù)質(zhì)量作用定律，鈉投入氫氧化鈉溶液中的反應(yīng)要遠(yuǎn)比投入水中發(fā)生的反應(yīng)慢。事實(shí)并非如此。

二、對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shuō)明該反應(yīng)可以進(jìn)行得非常完全。而且，溶液中的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的次序也不是完全由電動(dòng)勢(shì)決定的。除電動(dòng)勢(shì)（熱力學(xué)因素）以外，決定反應(yīng)次序的還有動(dòng)力學(xué)因素（反應(yīng)速率）。對(duì)上述反應(yīng)體系來(lái)說(shuō)，溶液中水的濃度（接近55mol/L）要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cu2+和H+的濃度，鈉投入溶液中，首先與水接觸并反應(yīng)，反應(yīng)后生成的OH-又進(jìn)一步與周?chē)芤褐械腃u2+和H+相作用，使Cu2+和H+濃度進(jìn)一步降低（若設(shè)此時(shí)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(jī)會(huì)大大超過(guò)了與銅離子和氫離子接觸的機(jī)會(huì)。由此可見(jiàn)，鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)應(yīng)是鈉與水分子直接反應(yīng)，生成鈉離子、氫氧根離子和氫氣。當(dāng)然，不完全排除鈉與氫離子和銅離子反應(yīng)的可能性，但這兩個(gè)反應(yīng)在這里相對(duì)來(lái)說(shuō)實(shí)在是太弱了。類(lèi)似的，由于在氫氧化鈉溶液中水分子的濃度與純水相比沒(méi)有明顯的差距，因此，鈉跟氫氧化鈉溶液的反應(yīng)與鈉跟水的反應(yīng)相比，速率上也就不會(huì)出現(xiàn)明顯的差異。

從結(jié)構(gòu)上看，在水分子中，由于氧元素的電負(fù)性極大，使O-H鍵中的共用電子對(duì)強(qiáng)烈向氧原子偏移，O-H鍵上的氫原子受到的束縛力較小，且?guī)в胁糠值恼姾?，?dāng)負(fù)極的電極電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于-0.8277V時(shí)，水也可以獲得電子而被還原。

綜上所述，我認(rèn)為，鈉跟水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)應(yīng)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(yīng)實(shí)質(zhì)想到的

若上述結(jié)論是正確的，那么在氯堿工業(yè)中，陰極（其電極電位遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于-0.8277V）的電極反應(yīng)式就不能寫(xiě)成而只能寫(xiě)成2H2O+2e-

這樣，總反應(yīng)式也就順理成章的寫(xiě)成中學(xué)教材（如人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》等）中將氯堿工業(yè)陰極的電極反應(yīng)式寫(xiě)成H2↑，在書(shū)寫(xiě)總反應(yīng)式時(shí)總有些別扭，解釋時(shí)總有牽強(qiáng)附會(huì)的嫌疑。同理，我認(rèn)為在電解硫酸銅溶液時(shí)，其陽(yáng)極的電極反應(yīng)式只能寫(xiě)成而不能

以上看法當(dāng)否，懇請(qǐng)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(wú)機(jī)化學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1992

1008-0546（2013）02-0079-01

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