探析次氯酸與碘化鉀等鹽溶液的反應(yīng)及次氯酸的比例

吳孫富+嚴志蓉

摘要：就習(xí)題和教學(xué)中存在的次氯酸的氧化作用問題，對中學(xué)化學(xué)教材中的相關(guān)內(nèi)容進行了拓展研究。探究了氯水中的次氯酸分別與溴化鈉溶液、碘化鉀溶液和氯化亞鐵溶液的反應(yīng)，說明了氯水中氯氣與次氯酸比例的不確定性問題。通過實例分析指出了次氯酸在定量測定中與氯水中的Cl2所具有的等物質(zhì)的量的氧化作用，在定量測定中不應(yīng)該忽略次氯酸的作用。并由此提出了有關(guān)次氯酸的教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：次氯酸；碘化鉀；氯水的氧化反應(yīng)；教學(xué)策略

文章編號：1005–6629（2015）4–0087–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

有一道涉及次氯酸的習(xí)題及該題的解題思路如下。

此題明確忽略了“與水反應(yīng)消耗的氯氣”，即忽略了氯水中的次氯酸。此“忽略”常導(dǎo)致學(xué)生提出如下兩個問題：氯水中的次氯酸不參加氧化還原反應(yīng)嗎？氯水中所含次氯酸的比例是多少？應(yīng)該忽略嗎？

在現(xiàn)行人教版的高中化學(xué)教材中，在介紹氯氣（或氯水）的漂白性時，介紹了氯水中含有HClO以及HClO具有強氧化性等知識。在介紹氯水與溴化鈉溶液、碘化鉀溶液、氯化亞鐵溶液的反應(yīng)時，未提及次氯酸及其反應(yīng)。在這些涉及氯水實驗的教學(xué)中，也常有學(xué)生提出類似上述的兩個問題。

為了正確回答這些問題，筆者特在此就氯水中次氯酸的這些反應(yīng)及氯水中所含次氯酸的比例問題作了如下探討。

2 氯水中的HClO與碘化鉀等鹽溶液的反應(yīng)

氯氣溶解于水，有一部分與水反應(yīng)生成了次氯酸，氯氣與次氯酸在水溶液中存在如下化學(xué)平衡。

由以上化學(xué)反應(yīng)可見，我們通常很難制得只含次氯酸的溶液來研究次氯酸的性質(zhì)，我們只能間接地研究和分析次氯酸的性質(zhì)。例如，我們可以通過漂白實驗證明次氯酸的氧化性比氯氣的氧化性強，我們可以通過漂白粉溶液與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀的現(xiàn)象證明次氯酸的酸性比碳酸的酸性弱。根據(jù)這些已知的結(jié)論，我們可以分析氯水中各成分在有關(guān)實驗中發(fā)生的反應(yīng)。例如：將氯水點在濕潤的藍色石蕊試紙上，試紙先變紅后褪色。試紙變紅是由于藍色石蕊與鹽酸電離出的H+發(fā)生了反應(yīng)，試紙褪色是由于次氯酸氧化了紅色石蕊，變紅和褪色的先后順序是由兩個反應(yīng)的反應(yīng)速率所決定的。

在此，筆者先探討一下氯水與碘化鉀溶液的反應(yīng)。在學(xué)習(xí)氯水的知識時，我們已經(jīng)知道HClO的氧化性強于Cl2的氧化性，既然Cl2可以氧化I-，則HClO一定能夠氧化I-，且HClO的氧化作用比Cl2的氧化作用具有一定的優(yōu)先性。當氯水與過量的碘化鉀溶液混合時，氯水中的Cl2和HClO可同時氧化I-，兩個氧化反應(yīng)屬于同時存在的競爭反應(yīng)。在碘化鉀過量的前提下，Cl2和HClO均完全反應(yīng)，Cl2與碘化鉀溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式如下：

綜合分析以上各反應(yīng)可見，在同時作氧化劑時，一分子的Cl2和一分子的HClO均得到兩個電子變成了Cl-。又由于一個Cl2分子與水反應(yīng)生成一個HClO分子，所以，在氧化還原反應(yīng)中，從得電子數(shù)目的角度來看，氯水中的HClO所起的氧化作用與等物質(zhì)的量的Cl2所起的氧化作用相同。

若是其他還原劑與氯水反應(yīng)的話，則這些還原劑與氯水中次氯酸的反應(yīng)可參考上述反應(yīng)分析確定。

3 氯水中所含次氯酸的比例問題

筆者查遍了手頭的所有資料，既沒有查到氯水中所含氯氣與次氯酸的比例，也沒有查到氯氣與水反應(yīng)的平衡常數(shù)，僅查到了次氯酸的電離平衡常數(shù)，但用電離平衡常數(shù)無法求算出氯水中所含氯氣與次氯酸的比例。在筆者看來，測定氯水中氯氣與次氯酸的比例并沒有多大的實際意義，這樣說的理由有兩點。第一，氯水的組成是不穩(wěn)定的。氯水組成的不穩(wěn)定既表現(xiàn)在氯氣在水中的溶解度會隨著溫度和氣壓的變化而變化，又表現(xiàn)在氯水的組成會隨著HClO的不斷分解而不斷變化。在不同濃度的氯水中，溶液所含氯氣與次氯酸的比例不同。在氯水的存放過程中，隨著HClO的分解，氯水中HCl的相對含量將增大，HCl相對含量的增大會使可逆反應(yīng)①中各物質(zhì)平衡濃度的相對含量發(fā)生相應(yīng)的變化。氯水組成的不穩(wěn)定性使得氯水中氯氣與次氯酸的比例時刻在發(fā)生著變化。第二，在定量測定中，Cl2與H2O反應(yīng)生成的HClO所起的氧化作用與等物質(zhì)的量的Cl2所起的氧化作用相同。在還原劑適當過量的前提下，定量測量的結(jié)果不受氯氣與次氯酸比例的影響。

盡管氯水中氯氣與次氯酸的比例具有不穩(wěn)定性，但是，由于氯水中的HClO總是會參加氧化還原反應(yīng)且不會對某些定量測定產(chǎn)生負面影響，所以我們不應(yīng)該隨意忽略氯水中存在的次氯酸。

4 對上述[習(xí)題]的反思

若考慮HClO的氧化作用，則上述[習(xí)題]中所述的實驗除了存在Cl2與I2直接轉(zhuǎn)化的關(guān)系式Cl2～I2～2Na2S2O3之外，還存在Cl2與I2間接轉(zhuǎn)化的關(guān)系式Cl2～HClO～I2～2Na2S2O3，將這兩個轉(zhuǎn)化的關(guān)系式合并起來可得總關(guān)系式Cl2～ I2 ～ HClO～I2 2Na2S2O3。雖然用關(guān)系式Cl2～I2～2Na2S2O3與用“總關(guān)系式”求算的結(jié)果相同，但是用“總關(guān)系式”求算在科學(xué)上顯得嚴謹一些，求算結(jié)果（或者說實驗測定結(jié)果）更準確一些。

由此看來，[習(xí)題]后的說明“忽略與水反應(yīng)消耗的氯氣”是錯誤的，因為實驗中生成的I2本身就是Cl2和HClO氧化I-的共同產(chǎn)物。由于氯水中的HClO所起的氧化作用與等物質(zhì)的量的Cl2所起的氧化作用相同，所以氯水中的HClO所起的氧化作用與生成HClO的Cl2所起的氧化作用相當。題后說明雖然要求解題者忽略HClO的氧化作用，但HClO的氧化作用事實上并沒有被忽略掉。如果此[習(xí)題]中真要忽略點什么的話，忽略的應(yīng)該是少量已經(jīng)分解的HClO，因為此題的實驗方法無法測定出已經(jīng)分解的HClO所代表的Cl2的量。

5 有關(guān)次氯酸的教學(xué)策略

明確了上述問題，在實際教學(xué)中該如何對待氯水中的次氯酸？筆者認為，我們在實際教學(xué)中要“考慮教材意圖、聯(lián)系學(xué)生實際、適時介紹次氯酸”。

教材的編寫一般隱含著這樣的意圖：在有關(guān)知識點的編寫中留有余地，讓一線教師自行發(fā)揮。若教材將有關(guān)知識點編得過難，就會使基礎(chǔ)差的學(xué)生難以接受；若教材將有關(guān)知識點編得過易，就會使基礎(chǔ)好的學(xué)生感覺收獲不大。依據(jù)此教材編寫意圖，我們在教學(xué)中就要根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)狀況確定在講授氯水的知識時是否適當發(fā)掘介紹次氯酸的知識。當然，在實際教學(xué)中，就算我們不打算介紹氯水中次氯酸的反應(yīng)，如果學(xué)生提出了氯水中次氯酸的反應(yīng)問題，我們就要充分肯定學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，并給予正確的講解。

參考文獻：

[1]人民教育出版社等單位編.普通高中課程標準實驗教科書·化學(xué)1 [M].北京：人民教育出版社，2007.

[2]宋志貴.氯水和溴化鉀、碘化鉀溶液反應(yīng)現(xiàn)象的探討[J].化學(xué)教育，2009，（3）：61～62.