硝酸的不穩定性

文章編號：1005－6629(2007)03－0079－02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

【問題由來】

硝酸在中學化學中具有重要的地位，硝酸的化學性質特別是硝酸與銅反應的習題在中學化學書籍中隨處可見，但考查硝酸不穩定性的習題卻并不多見。硝酸在見光或加熱的條件下容易分解成二氧化氮、氧氣和水。因為這個反應有其特殊性，筆者根據其反應類型設計分析推斷題，并對其產物二氧化氮的體積變化聯系化學平衡理論作進一步考查。筆者創作的試題，構思新穎，設問有梯度，注重考查推理方法，有利于考查學生的思維能力。

【問題】

在加熱條件下發生某一化學反應，現對反應體系內的X、Y、Z、Q四種物質進行測定，測得如下數據：

請回答下列問題：

（1）上表中“待測數據”的數值是______，此密閉容器內反應類型屬于________(填基本反應類型)。

（2）若X是水，Y是氮的氧化物，且反應式的計量系數比是n(X):n(Y):n(Z):n(Q)=2:4:4:1，寫出化學反應方程式______________。

（3）反應結束后若將反應體系內的Y物質取出，在標準狀況下測定其體積小于11.2L，其原因是______________________________。

【問題解析】

（1）定性分析表格中X、Y、Z、Q四種物質反應前后的質量關系，發現X、Q物質的質量增加，Z物質的質量減少，則X、Q為生成物，Z為反應物。定量分析X質量增加43.6-40.0=3.6(g) 、Q質量增加3.2-0.0=3.2g，Z的質量減少37.8-12.6=25.2(g) 。根據質量守恒定律，Y應為生成物，且質量增加為25.2 - 3.2 - 3.6 =18.4(g)。 所以Y待測數據為18.4+4.6=23(g)， 因為反應物只有一種，則屬于分解反應。

【問題拓展】

現有X、Y、Z、W四種含氧酸，其成酸元素分屬周期表的第ⅣA族到第ⅦA族。若將四種含氧酸溶液，分別進行光照或微熱，測得如下數據。

根據中學所學知識回答下列問題：

1.上表中含氧酸名稱Y_______，Z_________，W_____，生成物名稱U_____，V_____。

2.上表中的數據。a=_________g， b=_______g ，c=_____g。

3.試分析W能生成U，而Y和Z不能生成U的原因。

4.實驗過程中若用排飽和食鹽水法收集W生成的氣體Q，進而測定氣體Q的摩爾質量發現其數值小于理論值（不考慮測定方法誤差），則可能的原因是什么？

分析：根據中學所學知識，一種含氧酸在微熱或光照時能生成兩種或兩種以上生成物，則它必發生分解反應，屬于不穩定酸。聯系到成酸元素位于周期表的第ⅣA族到第ⅦA族，則X、Y、Z、W必是H₂CO₃、HNO₃、H₂SO₃、HClO。從X的第一列數據分析可知其數量關系為m(X)=m(U)+m(V)+m(Q)， 則得到a=4.1g， b=2.2g， c=7.3g 。根據H₂CO₃分解為CO₂和H₂O、HNO₃分解為NO₂和O₂和H₂O，H₂SO₃分解為SO₂和H₂O，HClO分解為HCl和O₂。對照表格進一步分析可知Y為H₂SO₃，Z為H₂CO₃， W為HClO，U為O₂，V為H₂O。因為HClO中＋1價氯具有強氧化性，則分解時生成O₂。用排飽和食鹽水法收集到的氣體因含有水蒸氣，且水蒸氣的相對分子質量小于Q，所以測定的數據偏低。

答案1. Y為H₂SO₃，Z為H₂CO₃，W為HClO，U為O₂，V為H₂O。

2.上表中的數據a=4.1g，b=2.2g，c=7.3g

3.HClO中＋1價氯具有強氧化性，能把－2價氧元素氧化為O₂。Y為H₂SO₃，Z為H₂CO₃，其中＋4價硫和＋4價碳不能氧化-2價的氧，則不能生成O₂。

4.用排飽和食鹽水法收集到的氣體因含有水蒸氣，且水蒸氣的相對分子質量小于Q，所以測定的數據偏低。

【使用記錄】

此題于2006年8月為江西金太陽化學教育研究所原創，作為07年全國第三次大聯考試卷考試時使用。試題設計新穎，設問角度新，具用一定的綜合性，不少學生感到有困難。其中[問題拓展]屬于現創新題，從未公開使用。

【教育價值】

自然科學的研究方法總是從實驗著手，然后對數據進行分析和科學的推理，然后找到問題的答案，并且對不符合常理的異常現象要能夠在理論指導下開展分析研究，找到產生問題的癥結所在。因此利用圖表數據進行分析推斷是培養學生創新能力的一種償試，也是提升學生科學研究水平的一個途徑。硝酸不穩定性這個不被人們很重視的知識點經過作者挖掘可以開發出探究型的的試題，具有良好的教育價值。

一般研究化學的性質是實驗為先導的，但本題直接從實驗數據著手，著重考查學生數據分析和對實際問題的解決能力。

參考文獻:

[1]武永興、胡美玲等. 化學全日制普通高級中學教科書(必修加選修).人民教育出版社，2003. 16.