不同條件下同一離子方程式的書寫

文章編號：1005－6629(2007)04－0080－02中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A

1問題的由來

在高中化學教學中，有一類氧化還原反應的離子方程式在書寫和配平時要根據情況補充H＋、OH－或H2O才能配平，這類離子方程式的書寫和配平一直是高中化學教學的難點。在一個偶然的機會里，為了回答學生的提問，筆者曾以《離子方程式Fe2＋＋ClO－→的書寫》為題指導學生開展了研究性學習，收到了較好的效果。為了在以后的教學中充分利用此問題進行有關離子方程式的書寫和配平的教學，筆者創作了此題。

2問題

分別在酸性、堿性和中性（離子方程式中無H＋或OH－）條件下完成并配平離子方程式Fe2＋＋ClO－→。請設計出驗證這三個離子方程式的實驗方案（老師將根據合理的方案進行演示實驗）。

3問題解析

Fe2＋具有強還原性，易被氧化成＋3價的鐵；ClO－具有強氧化性，易被還原成Cl－。二者在酸性和堿性條件下發生氧化還原反應的離子方程式如下。

在中性條件下配平此離子方程式的難度較大，需要注意如下三個關系才能配平：一是從電子得失的觀點來看，還原劑Fe2＋和氧化劑ClO－必須滿足2∶1的關系。二是從原子守恒的關系來看，由于ClO－中含有氧原子，所以產物中有Fe(OH)3沉淀，且反應物中所加的水與產物Fe(OH)3必須滿足3∶2的關系。三是要由反應物離子所帶電荷總數與生成物離子所帶電荷總數相等的關系推導出產物中含有Fe3＋。弄清這三個關系后，可書寫出配平的離子方程式如下。

此題中離子方程式的書寫只是研究性學習的序曲，此題激發學生興趣的關鍵是實驗方案的設計和演示實驗的驗證。筆者所確定的實驗方案和演示實驗如下。

實驗準備（讓兩個學生代表在課外參與準備）：

①配制0.1mol/L的FeSO4溶液100mL，配制0.1mol/L的H2SO4溶液100mL，配制0.2mol/L的NaOH溶液200mL。

②NaClO溶液的制取：在封閉系統中將經過水洗（除掉HCl）的Cl2在室溫下通入100mL 0.2mol/L的NaOH溶液至溶液呈黃綠色，然后向此黃綠色的溶液中邊攪拌邊滴加0.2mol/L的NaOH至黃綠色剛好褪色為止（含少量Cl2的溶液顯無色、此時NaOH已完全反應），此溶液中NaClO和NaCl的濃度均為0.1mol/L。（說明：NaClO溶液的制取是本實驗的關鍵，由于沒有合適的指示劑，此處只有先通入過量的氯氣，然后再用NaOH溶液與過量氯氣反應）

演示實驗：

①取20mL0.1mol/L的FeSO4于100mL的小燒杯中，加入12mL 0.1mol/L的NaClO溶液（過量），再加入25mL 0.2mol/L的NaOH溶液（過量），充分攪拌后靜置足夠的時間，下層是紅褐色沉淀，上層是無色透明的溶液。

②取20mL0.1mol/L的FeSO4于100mL的小燒杯中，加入12mL0.1mol/L的NaClO溶液（過量），再加入18mL0.1mol/L的H2SO4溶液（過量），充分攪拌后靜置，無沉淀物，溶液呈棕黃色。

③取30mL0.1mol/L的FeSO4于100mL的小燒杯中，加入15mL0.1mol/L的NaClO溶液，二者溶質的物質的量之比為2∶1，充分攪拌后靜置足夠的時間，下層沉淀為紅褐色，上層溶液呈棕黃色。

4問題拓展

（1）乙烯、乙炔、甲苯均可使KMnO4(H＋)溶液褪色，乙烯、乙炔被KMnO4(H＋)溶液氧化成了CO2，甲苯被KMnO4(H＋)溶液氧化成了苯甲酸，請寫出并配平這三個反應的離子方程式。

（2）若將乙烯通入KMnO4(OH－)溶液，則乙烯被氧化成了乙二醇，溶液中生成了棕色的MnO2沉淀，請寫出并配平該反應的離子方程式。

[此處的第（1）題與教材上的演示實驗密切相關，第（2）題略有發揮，第（2）題也可通過實驗研究證實。]

拓展題解答：

5 使用記錄

《離子方程式Fe2＋＋ClO－→的書寫》曾作為課題用于我校2006屆高三（六）班研究性學習的教學，學生對此很感興趣。筆者據此撰寫的論文《一道離子方程式“研究性學習”的教學》于2006年9月發表在《化學教育》[1]雜志上。

6教育價值

本題將化學題由純粹的筆答題改進成了以實驗研究為主、以筆答為輔的研究性學習的訓練題。這既有效地利用實驗指導學生開展了研究性學習、增強了學生學習化學的興趣，又培養了學生從事科學研究的基本能力、提高了學生的科學素養。本題還使學生充分認識了條件的改變對于反應產物的重要影響，培養了學生的辯證唯物主義觀點。

參考文獻：

[1]吳孫富. 一道離子方程式“研究性學習”的教學[J].化學教育，2006，（9）：27.

注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文