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论高中化学、大学化学、消防教材对碱金属相关论述有9种错误类型

来源:未知作者:王瑜 点击:所属专题: 碱金属
新疆哈密市第五中学化学教师王朝远从事碱金属与水、硫等反应的研究已有20年。做化学实验786次,写实验记录10万余字,发表论文18篇(含国际化学大会7篇),对人民教育出版社出版的高一化学教科书、高一化学教师用书(以下统称人教版教材),大学《无机化学》、日本化学教材相

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新疆哈密市第五中学化学教师王朝远从事碱金属与水、硫等反应的研究已有20年。做化学实验786次,写实验记录10万余字,发表论文18篇(含国际化学大会7篇),对人民教育出版社出版的高一化学教科书、高一化学教师用书(以下统称人教版教材),大学《无机化学》、日本化学教材相关碱金属论述提出质疑。受科技厅社基处委托、哈密地区科技局组织有关专家于2005年9月29日对“碱金属与水、硫等反应研究”项目进行了验收,验收意见如下:

  一、按自治区课题要求及下达的内容,项目组进行了大量的实验研究,完成了课题计划内容和要求。

  二、实验重复多次现象明显,数据可靠,效果良好,有科学依据。

  三、专家组认为“碱金属与水、硫等反应的研究”项目实验有一定的创意,在实践中有推广应用价值。

  四、经过专家组的认真讨论和评议,同意该项目通过验收。

  2005年11月4日,中国科学院新疆科技查新咨询中心对“碱金属与水、硫等反应的研究”12项新颖点出示查新结论:在上述检索范围内,未见有与本项目新颖点相一致的研究成果公开报道,由查新结论可知,在我们国家,只有王朝远一人从事碱金属化学研究。

  王朝远认为,高中化学教材、大学《无机化学》教材、消防教材对碱金属相关论述有9种错误类型、涉及20多处论述:

  1、凭空设想,随意臆造事实上不存在的化学反应.

  例如:人教版高一化学教师用书中“当氧化钠暴露在空气中时,就继续氧化为过氧化钠,这个反应有实际意义,已成为过氧化钠的一种工业制法”的论述\,纯属凭空设想,随意臆造事实上不存在的化学反应。实验证明,室温时,氧化钠不跟空气中氧气起反应,而只能跟空气中二氧化碳反应生成碳酸钠。

  2、没有抓住问题的本质.

  用氩气做保护气时,钾与水、酸反应放出氢气,并不燃烧。这才是碱金属与水、酸反应的真实本质。人教版高一化学教材中"钠与硫化合甚至发生爆炸,生成硫化钠;较大钠块与水反应会使产生的氢气燃烧;钾与水的反应比钠与水反应更剧烈,反应放出的热可以使生成的氢气燃烧;铷、铯与水的反应比钾与水的反应还要剧烈,它们遇水立即燃烧。",北师大等校合编《无机化学》教材(以下简称北师大版)中“钾与水反应更剧烈,产生氢气能燃烧”;武汉大学、吉林大学等校合编《无机化学》教材中(以下简称武大版)“钾、铷、铯遇水能燃烧”等论述没有抓住问题的本质,主要是忽略了空气中氧气、二氧化碳同时参与作用。

  3、重大遗漏.

  (1)碱金属与水或酸反应,从着火角度看,有两种机理:A、碱金属与空气中氧气、水或酸反应放热,使碱金属自燃。B、碱金属火焰点燃氢气燃烧。北师大版“钾与水反应更剧烈,产生氢气能燃烧”;武大版“钾、铷、铯遇水能燃烧”等论述有二处遗漏:A、前者遗漏了钾同时燃烧。B、后者遗漏氢气能燃烧。

  (2)北师大版“碱金属具有密度小,硬度小,熔点低的特点”,王朝远认为,碱金属的特点实际有五项,应增加燃点低,燃烧时产生白色浓烟。

  (3)针对北师大版“碱金属易与活泼的非金属单质反应生成离子化合物”武大版“碱金属和碱土金属都有很强的还原性,与许多非金属单质直接反应生成离子化合物,”的论述做以实验验证。

  实验步骤:

  将盛有少量钠和硫粉的混合物放到安瓿瓶里加热,钠与硫反应剧烈燃烧,甚至爆炸,冷却,将生成物加水溶解,离心分离,将浓硝酸锌注入滤液,直到没有硫化锌沉淀为止,将硝酸银注入除去硫离子的滤液中,沉淀颜色变化:白色→黄色→棕色→黑色,这说明钠与硫反应生成硫化钠时,还有硫代硫酸钠生成。将氯化钡溶液注入除去硫代硫酸根离子的滤液中,有大量白色沉淀,滴加稀硝酸,白色沉淀不消失,以上实验结果说明,钠与硫反应剧烈燃烧时,除生成硫化钠外,还生成硫代硫酸钠,硫酸钠等含氧酸盐,这就揭开碱金属与硫反应剧烈燃烧的奥秘,是由于空气中氧气同时参与复杂反应的结果:
 
  论高中化学、大学化学、消防教材对碱金属相关论述有9种错误类型

 
  由实验结果可知,北师大版介绍“碱金属易与活泼的非金属单质生成离子化合物”的论述,却遗漏了空气中氧气能同时分别与碱金属单质、非金属单质发生复杂的化学反应

  正确论述应为:碱金属很活泼,易与活泼非金属单质反应生成离子化合物时,空气中氧气能同时分别与碱金属单质、非金属单质发生复杂的化学反应,例如:钠与硫反应剧烈燃烧,甚至发生燃烧爆炸,除生成硫化钠外,还生成硫代硫酸钠、硫酸钠等含氧酸盐。

  (4)北师大版“碱土金属加热时,才显著发生反应,除有氧化物外,还有氮化物生成,却遗漏了还有碳酸盐生成。

  (5)北师大版“钠与水反应放出的热使钠熔化成小球”的论述,有两处遗漏:A、遗漏了较大钠块与水反应(钠与少量水反应),能使钠和产生的氢气都在空气中燃烧;B、用煤油做保护层时,遗漏了较小钠块与水反应时,放出的热不能使钠熔化成小球。

  (6)武大版“锂、钙、钡同水反应比较平缓,其它碱金属与水反应非常剧烈,量大时会发生爆炸”的论述,有三大遗漏:A、遗漏了用氩气做保护气时,较小铷块(铯)与水反应,瞬间发生爆炸。B、遗漏了用煤油做保护层时,较大块钾(钠)与水反应时,并不发生爆炸。如室温18℃时,10克钾与32亳升水、50毫升煤油反应缓慢,反应放出的热不能使钾熔化,而完全消失需94小时;同温下,9克钠与32毫升水、40毫升煤油反应时,在短时间内钠与水反应比钾更剧烈,当生成的氢氧化钠溶液达到一定浓度时,钠与水反应非常缓慢,而完全消失需704小时。

  4、普通氧化物制法有错误.

  北师大版“碱金属在空气中燃烧时,只有锂生成普通氧化物氧化锂,钠生成过氧化钠,钾、铷、铯则生成超氧化物。要制备除锂以外其它碱金属的普通氧化物,必须用其它方法,例如:用钠还原过氧化钠,用钾还原硝酸钾,分别制得氧化钠和氧化钾”。实验证明,锂在空气燃烧后的生成物,含有氧化锂、氮化锂、碳酸锂等物质。北师大版“碱金属在空气中燃烧时,只有锂生成普通氧化物氧化锂,”的论述与氧化锂的实际制法脱节。实际的氧化锂制法,不是锂在空气中燃烧,而是将碳酸锂高温分解或将氢氧化锂高温脱水。

  5、过氧化钠的制法脱离实际

  针对人教版高一化学教师用书中“如果没有过氧化钠,可将钠放在一块干净的铁片上加热,使它在空气中燃烧,以制取过氧化钠。”的论述,做以下实验验证。

  实验步骤:

  (1)室温20℃时,把约0.2克钠放到铁片加热,然后罩一冷而干燥的烧杯,钠燃烧时产生大量白色浓烟(白色浓烟温度25℃左右),把烧杯倒过来,注入少量澄清石灰水,石灰水变浑浊,加少量稀盐酸,有大量气体放出,白色浑浊消失,这说明钠在空气中燃烧时产生的白色浓烟含有大量碳酸钠。

  (2)室温20℃时,把约0.2克钠放到铁片上加热,当钠开始燃烧时,就停止加热,当钠完全燃烧时,生成的淡黄色小颗粒迅速变成乳白色小颗粒,再加热,乳白色小颗粒又变成淡黄色小颗粒,停止加热,淡黄色小颗粒又变成乳白色小颗粒,这两种生成物能相互转化,说明钠在空气中燃烧的生成物中含大量氧化钠

  (3)将钠在空气中燃烧后的残留生成物放在疏松脱脂棉上,向生成加水一滴,脱脂棉着火,这说明钠在空气中燃烧后的生成物有过氧化钠。

  (4)将钠在空气中燃烧后的生成物加少量水溶解,离心分离,将滤液3滴注入澄清石灰水,石灰水变白色浑浊,这说明钠在空气中燃烧后的残留生成物中也含有碳酸钠。

  由以上实验结果可知,钠在空气中燃烧后的生成物有两部分组成:

  A、产生白色浓烟中含有大量碳酸钠。B、残留生成物含有氧化钠,过氧化钠、碳酸钠等物质。

  由实验结果可知,人教版高一化学教师中“如果没有过氧化钠,可将钠放到铁片上加热,使它在空气中燃烧,以制取过氧化钠”以及人教版高中化学教科书、北师大版、日本化学教材均介绍“钠在空气中燃烧,生成的是过氧化钠”的论述缺乏科学依据。

  6、超氧化物制法理论脱离实际,基础与应用脱节

  针对北师大版“碱金属在空气中燃烧时,钾、铷、铯则生成超氧化物”的论述,做以下讨论:钾、铷、铯属挥发金属,具有燃点低、沸点低的特征。400℃(有些资料是490℃),过氧化钾分解为氧化钾、氧气。钾在空气中燃烧温度大于过氧化钾的分解温度。钾在空气中燃烧,有一部分过氧化钾瞬间分解为氧化钾和氧气。当钾在空气中燃烧温度超过氧化钾的沸点1477℃时,钾仍继续剧烈燃烧时,氧化钾也变成蒸气,扩散到燃烧层里,并凝聚成微粒,形成白色浓烟。经检验白色浓烟的主要成份是碳酸钾。钾在空气中燃烧生成过氧化钾、超氧化钾。过氧化钾、超氧化钾,均是碱性氧化物。过氧化钾、超氧化钾与空气中二氧化碳反应生成碳酸钾。超氧化铯分解为氧化铯和氧气的温度为360℃。铯在空气中燃烧温度大于过氧化铯的分解温度。铯在空气中燃烧,生成氧化铯、过氧化铯、超氧化铯与空气中二氧化碳反应生成碳酸铯,形成白色浓烟。

  钾、铷、铯在空气燃烧后的实际生成物有两部分组成:A、产生白色浓烟含有大量碳酸盐。B、残留生成物是由氧化物、过氧化物、超氧化物、碳酸盐等多种物质组成。

  结论:北师大版“碱金属在空气中燃烧时,钾、铷、铯在空气中燃烧时,则生成超氧化物”的论述,理论脱离实际,基础和应用脱节。

  受高教育部高教司理工处委托,2003年12月,天津大学张凤宝寄来南京师范大学周志华教授、南京大学姚天扬教授给王朝远写的审阅意见:“在碱金属和水、氧气和硫的反应中,若在敞开体系中确实问题比较复杂,但在教材中,特别是中学化学教材中不可能全面的阐明这些复杂的问题,而只能抓住问题的本质和主要矛盾,这种阐述在教材中经常使用,不仅在北师大教材中,而且在北大《普通无机化学》、武大《无机化学》(下)等高校无机教材中,也把反应简单化。为什么要简单化?如上所述原因是多方面的”。

  针对以上两位教授解释,王朝远在《化学教育》杂志2004年第八期发表文章指出,化学教材中“钾与反应更剧烈,产生氢气能燃烧”“钠与硫化合甚至爆炸,生成硫化钠”的论述,没有抓住问题的本质或主要矛盾,就是教材编写者不知道碱金属与水、硫反应时,空气中氧气、二氧化碳能同时参与复杂的化学反应。王朝远将发表的文章分别寄给高教司理工处、张凤宝、周志华、姚天扬和天津大学校长、南京师范大学校长、南京大学校长,至今无一人来反驳。同理,碱金属在空气燃烧,也是一个极其复杂的化学反应,生成的物质是复杂的混合物,而且生成物有大量白烟扩散到空气中去,造成环境污染。从合理利用资源,保护环境的角度考虑,王朝远对北师大版“碱金属在空气中燃烧时,钾、铷、铯在空气中燃烧时,则生成超氧化物”的论述内容,用理论脱离实际,基础和应用脱节概括并不过分。

  7、张冠李戴.

  公安部消防局编写的《防火手册》中“钾与潮湿空气、水或酸类发生化学反应,产生氢气,放出大量热使氢气自燃”属于张冠李戴,王朝远认为:实际的反应是:钾先自燃(钾的着火点是69℃),是钾的火焰点燃氢气在空气中燃烧(氢气的着火点是570℃)。

  8、美国、英国、日本等国家化学教材也忽略了反应条件的重要性

  当乙醇与浓硫酸共热到140℃时,生成的是乙醚;当乙醇与浓硫酸共热到170℃时,生成的是乙烯。当碳在空气中充分燃烧时,生成的是二氧化碳;不充分燃烧时,生成的是一氧化碳。同一反应物,因反应条件有所改变,生成物也不相同,说明控制反应条件是非常重要的。实验证明,碱金属与水、酸、硫、二氧化碳反应条件的不同、反应实验现象和生成物成分有本质不同。如武大版“碱金属与水反应非常剧烈,量大时会发生爆炸”(邵学俊、魏益海等编《无机化学》,该书是武汉大学出版社出版。)的论述,有以下不妥:如室温18℃时,10克钾与40亳升水、50毫升煤油反应时,钾与水反应缓慢,反应放出的热不能使钾熔化,也不发生爆炸,也不发生燃烧,而完全消失需94小时;同温下,在敞开容器里,10克钾与40毫升水反应时,瞬间使钾和产生的氢气都发生燃烧爆炸。在敞开体系时,小块铷或铯与水反应时,并使铷、铯和产生的氢气都发生爆炸。在封闭体系时,小块铷或铯与水反应时,都发生爆炸。中国、美国、英国、日本等国家化学教材对以上论述出现诸多错误或不严谨之处,主要是没有注明是在敞开体系时,还是在封闭体系时,这些极为重要的反应条件,已是不争的事实。

(责任编辑:化学自习室)
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