探析次氯酸與碘化鉀等鹽溶液的反應及次氯酸的比例

吳孫富+嚴志蓉

摘要：就習題和教學中存在的次氯酸的氧化作用問題，對中學化學教材中的相關內容進行了拓展研究。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，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所具有的等物質的量的氧化作用，在定量測定中不應該忽略次氯酸的作用。并由此提出了有關次氯酸的教學策略。

關鍵詞：次氯酸；碘化鉀；氯水的氧化反應；教學策略

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題及該題的解題思路如下。

此題明確忽略了“與水反應消耗的氯氣”，即忽略了氯水中的次氯酸。此“忽略”常導致學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嗎？氯水中所含次氯酸的比例是多少？應該忽略嗎？

在現行人教版的高中化學教材中，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時，未提及次氯酸及其反應。在這些涉及氯水實驗的教學中，也常有學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

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

由以上化學反應可見，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，我們只能間接地研究和分析次氯酸的性質。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生成碳酸鈣沉淀的現象證明次氯酸的酸性比碳酸的酸性弱。根據這些已知的結論，我們可以分析氯水中各成分在有關實驗中發生的反應。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+發生了反應，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的反應速率所決定的。

在此，筆者先探討一下氯水與碘化鉀溶液的反應。在學習氯水的知識時，我們已經知道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-，兩個氧化反應屬于同時存在的競爭反應。在碘化鉀過量的前提下，Cl2和HClO均完全反應，Cl2與碘化鉀溶液發生反應的離子方程式如下：

綜合分析以上各反應可見，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分子與水反應生成一個HClO分子，所以，在氧化還原反應中，從得電子數目的角度來看，氯水中的HClO所起的氧化作用與等物質的量的Cl2所起的氧化作用相同。

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

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的平衡常數，僅查到了次氯酸的電離平衡常數，但用電離平衡常數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，氯水的組成是不穩定的。氯水組成的不穩定既表現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①中各物質平衡濃度的相對含量發生相應的變化。氯水組成的不穩定性使得氯水中氯氣與次氯酸的比例時刻在發生著變化。第二，在定量測定中，Cl2與H2O反應生成的HClO所起的氧化作用與等物質的量的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定性，但是，由于氯水中的HClO總是會參加氧化還原反應且不會對某些定量測定產生負面影響，所以我們不應該隨意忽略氯水中存在的次氯酸。

4 對上述[習題]的反思

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

由此看來，[習題]后的說明“忽略與水反應消耗的氯氣”是錯誤的，因為實驗中生成的I2本身就是Cl2和HClO氧化I-的共同產物。由于氯水中的HClO所起的氧化作用與等物質的量的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[習題]中真要忽略點什么的話，忽略的應該是少量已經分解的HClO，因為此題的實驗方法無法測定出已經分解的HClO所代表的Cl2的量。

5 有關次氯酸的教學策略

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

教材的編寫一般隱含著這樣的意圖：在有關知識點的編寫中留有余地，讓一線教師自行發揮。若教材將有關知識點編得過難，就會使基礎差的學生難以接受；若教材將有關知識點編得過易，就會使基礎好的學生感覺收獲不大。依據此教材編寫意圖，我們在教學中就要根據學生的基礎狀況確定在講授氯水的知識時是否適當發掘介紹次氯酸的知識。當然，在實際教學中，就算我們不打算介紹氯水中次氯酸的反應，如果學生提出了氯水中次氯酸的反應問題，我們就要充分肯定學生學習的主觀能動性，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、碘化鉀溶液反應現象的探討[J].化學教育，2009，（3）：61～62.