摘要 物質(zhì)之間在微觀上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)不一定會(huì)出現(xiàn)宏觀上的現(xiàn)象變化,換句話說,化學(xué)變化的本質(zhì)、現(xiàn)象變化描述及變化原因分析是有條件的、相對(duì)的,以此,關(guān)于化學(xué)變化過程中的現(xiàn)象分析和原因解釋應(yīng)當(dāng)力求科學(xué)、準(zhǔn)確、規(guī)范。本文通過實(shí)例,分析了物質(zhì)之間微觀上的化學(xué)反應(yīng)以及由此引起的宏觀上的現(xiàn)象變化之間矛盾的原因。
關(guān)鍵詞 化學(xué)變化 微觀反應(yīng) 宏觀現(xiàn)象 矛盾分析
1.問題的提出
物質(zhì)之間微觀上的化學(xué)變化常伴有宏觀上的現(xiàn)象變化,而現(xiàn)象變化又從另一個(gè)側(cè)面證明了體系內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。例如,一定條件下的水溶液中,兩種溶液之間發(fā)生的化學(xué)變化常伴有難溶物的生成與溶解、揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生(如氣體的顏色與氣味)、體系的顏色變化等易于觀察的現(xiàn)象變化,有時(shí)還會(huì)引起體系溫度和酸堿性(pH值)的變化。物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是絕對(duì)的、確定的,但是,由物質(zhì)變化引起的現(xiàn)象變化則是相對(duì)的、有條件的,因?yàn)?ldquo;物質(zhì)變化是有條件的”,涉及“宏觀與微觀”以及“量變與質(zhì)變”等化學(xué)思想方法問題[1]。既然涉及反應(yīng)的“量”的問題,那么,關(guān)于化學(xué)變化過程中的現(xiàn)象分析和原因解釋也應(yīng)該具體問題具體分析,不能僅憑經(jīng)驗(yàn)理解,更不能憑借定勢(shì)思維想當(dāng)然地解釋,例如中學(xué)階段關(guān)于Fe2+與Fe3+之間的轉(zhuǎn)化問題,二者的相互轉(zhuǎn)化涉及的內(nèi)容很多,包括有氧化性(還原性)、催化作用、離子檢驗(yàn)等等,這些變化大都涉及到溶液的顏色變化,而這種顏色變化常常被人們認(rèn)為是一定的或必然的,其實(shí)不然,因?yàn)槿芤旱念伾兓婕暗轿镔|(zhì)的濃度問題,當(dāng)濃度很小時(shí),人們的眼睛是觀察不到溶液顏色變化的。
例1.(2010-上海-13)下列實(shí)驗(yàn)過程中,始終無明顯現(xiàn)象的是
A.NO2通入FeSO4溶液中 B.CO2通入CaCl2溶液中
C.NH3通入AlCl3溶液中 D.SO2通入已酸化的Ba(NO3)2溶液中
NO2通入FeSO4溶液中一定有明顯現(xiàn)象嗎?
分析:對(duì)于A選項(xiàng),涉及的化學(xué)反應(yīng)有:
3NO2+H2O=2H++2NO3-+NO
3Fe2++NO3-+4H+ == 3Fe3++NO↑+2H2O
合并兩式得到:3NO2+3Fe2++2H+=3Fe3++NO3-+2NO+H2O
反應(yīng)涉及到的變化有兩個(gè):一是物質(zhì)變化,即Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+;二是現(xiàn)象變化,即有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,該氣體空氣中變?yōu)榧t棕色,溶液顏色可能由淺綠色變?yōu)辄S色。命題人根據(jù)NO2通入FeSO4溶液中一定發(fā)生了化學(xué)變化為依據(jù)判定出A選項(xiàng)一定出現(xiàn)了明顯的現(xiàn)象。事實(shí)上,如果溶液的濃度很小,小到肉眼觀察不到現(xiàn)象變化的時(shí)候,A選項(xiàng)就不正確了。如果命題人一定要把溶液顏色變化當(dāng)作明顯的現(xiàn)象變化的判據(jù),則必須注明Fe2+的濃度,比如1mol/L,只有濃度(也就是量)達(dá)到一定范圍時(shí),這種明顯的變化才可以觀察到,當(dāng)c(Fe2+) (題干也沒有指明)很小,比如0.001mol/L時(shí),我們是很難也眼睛辨別明顯的現(xiàn)象變化的。同樣,也不可能把逸出的氣體作為判斷依據(jù),因?yàn)橥ㄈ霘怏w和逸出的氣體混在一起,而且又都是有刺激性氣味的氣體,逸出的是反應(yīng)產(chǎn)生的氣體還是沒有反應(yīng)或來不及反應(yīng)的氣體呢。本題命題人忽視了實(shí)際發(fā)生的化學(xué)變化和對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象之間的“量”的關(guān)系。問題解決也不難,只要指明反應(yīng)體系的濃度(視覺可以觀察到的范圍之內(nèi))或把“明顯現(xiàn)象”改為“一定發(fā)生了反應(yīng)”就可以了,或改為“向1mol/L的Fe(NO3)2溶液中加入稀硫酸”,因?yàn)樵撟兓^程中不僅可以觀察到顏色變化,還有氣體逸出。類似情況,2006年高考廣東化學(xué)試題第18小題(見例2)就比較嚴(yán)密,試題通過一個(gè)物質(zhì)檢驗(yàn)的靈敏反應(yīng)達(dá)到目的。
例2.下列實(shí)驗(yàn)中,溶液顏色有明顯變化的是
A少量明礬溶液加入到過量NaOH溶液中
B往FeCl3溶液中滴入KI溶液,再滴入淀粉溶液
C少量Na2O2固體加入到過量NaHSO3溶液中
D往酸性高錳酸鉀溶液中滴入少量Fe2(SO4)3稀溶液
綜上所述可知,化學(xué)反應(yīng)確實(shí)發(fā)生了,因?yàn)槲⒂^發(fā)生的化學(xué)變化的量的問題,宏觀上不一定會(huì)出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象變化。
2.微觀化學(xué)變化與宏觀現(xiàn)象描述的矛盾分析
2.1變化現(xiàn)象與變化原因不對(duì)應(yīng)