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化学反应中相同的反应物不同的实验现象例析

来源:作者:孙法军 点击:所属专题: 少量 过量 实验现象
化学是以实验为基础的科学 , 做好化学实验并能够正确分析实验现象是学好化学的关键。学生开始做实验时 , 有时会遇到反应物相同而实验现象不同的问题。现举几例进行解析。 [ 案例 1] 在新制的氢硫酸溶液中 , 滴入少量氯水 , 溶液变浑浊 , 产生淡黄色沉淀 ; 若在新制的氯

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化学是以实验为基础的科学,做好化学实验并能够正确分析实验现象是学好化学的关键。学生开始做实验时,有时会遇到反应物相同而实验现象不同的问题。现举几例进行解析。

[案例1]在新制的氢硫酸溶液中,滴入少量氯水,溶液变浑浊,产生淡黄色沉淀;若在新制的氯水中滴入少量氢硫酸,溶液呈无色。

解析:前者因少量的氯水与氢硫酸发生了置换反应:Cl2+2==S↓+2HCl,故产生淡黄色沉淀。

后者,氢硫酸被过量的氯水氧化生成了可溶于水的硫酸:42+4Cl2+2==2SO4+8HCl,故呈无色。

[案例2]在氯化铝溶液中逐滴滴入氢氧化钠溶液,先产生白色絮状沉淀,后沉淀消失;反之,在氢氧化钠溶液中逐滴滴入氯化铝溶液,开始无沉淀,后产生白色絮状沉淀且沉淀不消失。

解析:前者因开始时少量氢氧化钠与氯化铝反应产生难溶的氢氧化铝,随着氢氧化钠的量的增多,过量的氢氧化钠与两性的氢氧化铝反应,产生可溶性的偏铝酸盐使沉淀溶解。

AlCl3+3NaOH==Al(OH)3+3NaCl

Al(OH)3+NaOH==NaAlO2+22

后者在开始时因NaOH过量,所以少量的Al3+与过量的OH-反应转化为可溶性的AlO2-,当继续滴入AlCl3溶液时,溶液中的Al3+与AlO2-发生双水解反应而产生白色沉淀。

AlCl3+4NaOH==NaAlO2+3NaCl+22

3NaAlO2+AlCl3+62==4Al(OH)3+3NaCl

[案例3]在淀粉碘化钾溶液中滴加少量氯水,溶液变蓝色;反之,在氯水中滴加少量淀粉碘化钾溶液,溶液变无色。

解析:前者因少量的氯水与碘化钾溶液发生了如下反应:2KI+Cl2==2KCl+2,2遇到淀粉溶液变蓝。

而后者由于氯水过量,生成的I2又与过量的氯水发生了反应:2KI+Cl2==2KCl+2,2+5Cl2+62==2HIO3+10HCl,故不能使溶液变蓝。

[案例4]在澄清石灰水中逐滴滴入磷酸,先产生白色沉淀,后又逐渐消失;反之,在磷酸溶液中逐滴滴入石灰水,开始无沉淀,后产生白色沉淀且不消失。

解析:前者由于是逐滴滴入磷酸,开始时少量的磷酸与石灰水反应产生难溶的磷酸钙。随着磷酸的逐滴滴入,磷酸钙又逐渐转化为磷酸氢钙(微溶于水)。当继续滴入磷酸至足量时,微溶的磷酸氢钙转化为可溶于水的磷酸二氢钙而沉淀消失。其反应方程式为:

23PO4+3Ca(OH)2==Ca3(PO4)2+62

Ca3(PO4)2+3PO4==3CaHPO4

CaHPO4+3PO4==Ca(2PO4)2

后者因开始时过量的磷酸与石灰水反应生成了可溶性的Ca(2PO4)2,随着石灰水的逐滴滴入,Ca(2PO4)2逐渐转化为几乎不溶于水的CaHPO4,最后全部生成难溶的Ca3(PO4)2。其反应方程式为:

Ca(OH)2+23PO4==Ca(2PO4)2+22

Ca(2PO4)2+Ca(OH)2==2CaHPO4+22

2CaHPO4+Ca(OH)2==Ca3(PO4)2+22

[案例5]在碳酸钠溶液中逐滴滴加稀盐酸,开始无气泡,当滴加到一定量后,才产生气泡;而在稀盐酸中逐滴滴加碳酸钠溶液,则立即产生气泡。

解析:碳酸钠与盐酸的反应是分2步进行的:

Na2CO3+HCl==NaCl+NaHCO3

NaHCO3+HCl==NaCl+2+CO2

前者由于Na2CO3完全转化为NaHCO3,再滴加稀盐酸才放出CO2气体。后者立即放出CO2气体。

以上各案例中反应的实质是2种反应物所加的比例量不同,引起反应进行程度不同,最终产物不同。

当然,反应的条件对反应也有影响,有的化学反应条件不同,其产物也不同。

[案例6]铁丝在潮湿的空气中缓慢生成一种红褐色的物质,俗称铁锈;而铁丝在纯净的氧气中燃烧生成一种黑色固体。

解析:前者4Fe+32==2Fe23(红褐色)

后者3Fe+22 点 燃 Fe34(黑色)

在实际生产中,如果生产者不注意反应的条件(温度、浓度、酸碱度等)对化学反应的影响,则生产出来的化工产品质量将会达不到要求,这势必会给生产者带来很大的经济损失。

[案例7]脲醛树脂原料来源方便、价格低廉、黏接性能好,并且有一定的防水性能,因此被广泛用于胶合板、刨花板生产的主要胶黏剂,但是它的防水性能还是不能令人满意,用其黏接的产品经不起长时间的浸泡。人们为了克服该产品在防水方面的不足,相继开发了木材防水方面的胶黏剂,如三聚氰胺甲醛树脂。三聚氰胺甲醛树脂在生产过程中经常遇到凝结问题,这是很多生产者在生产过程中感到很头疼的事情。

原料:三聚氰胺、甲醛(37%40%)、乙醇、氢氧化钠(30%)、乌洛托品。

方案1 按配比先加入甲醛水溶液于反应器中,再加入少许乌洛托品,不断搅拌,并渐渐升温让其溶解,并用氢氧化钠调pH在89之间,再加入三聚氰胺,边加边搅拌。当温度超过60以后,三聚氰胺加入量只达到应加入量的2/3左右,反应混合物即产生不溶不熔的固体。

方案2 按配比先加入甲醛水溶液于反应器中,再加入少许乌洛托品,不断搅拌,但是不加热升温,不待其全部溶解一次性将配比所需的三聚氰胺全部加入反应器中,并用氢氧化钠调pH在89。片刻后,缓慢加热升温,当溶液升温到70,溶液逐渐变得澄清透明。继续升温到80℃~85,保温1,冷却到40以下出料。

上述2个方案其原料配比是相同的,为什么会产生不同的现象,分析如下。

方案1与方案2都是先加入甲醛水溶液,再加入乌洛托品,同时调pH偏碱性。方案1在实验开始时为了增加三聚氰胺的溶解度,而采取边加热甲醛水溶液边投入三聚氰胺。当温度升高到50,则出现焦黏、凝固现象;方案2并没有考虑三聚氰胺的溶解度,而只要求反应物混合均匀即可,在冷态下一次性投入三聚氰胺,搅拌均匀后再缓慢升温。

由于方案1边加热边投料,一部分原料发生化学反应。本来甲醛不含有活泼氢原子,其与三聚氰胺反应只能进行单向缩聚反应,形成线型缩聚化合物。但是在碱性催化剂的作用下,由于乌洛托品含有较多的亚甲基,能够形成较多的碳阴离子,作为亲核试剂发生亲核进攻,使单向缩聚变成交叉缩聚,由线型结构变成网状结构。因此使投入三聚氰胺未来得及溶解就被包裹起来,在温度刚刚达到50以上就产生混浊,达到60以上就产生固化。而且这种固化并不是坚硬的而是非常松散的粒状体。如果反应开始时溶液偏酸性,发生化学反应中相同的反应物不同的实验现象例析亲电反应,而不是化学反应中相同的反应物不同的实验现象例析化学反应中相同的反应物不同的实验现象例析核反应,三聚氰胺和甲醛的活性都很高,反应剧烈,固化更迅速。

方案2在常温下一次性加入反应物料,充分搅拌,分散均匀,形成白色悬浮液,之后缓慢升温,让其在碱性条件下发生反应,结果不会把未反应的物料包裹起来。当温度升高到70以上,溶液逐渐变得澄清透明,说明反应逐渐完成。然后保温一段时间,冷却到40以下出料。

另外,试剂的浓度对反应也有影响。如冷浓硝酸、硫酸使铝、铁钝化,加水(稀释)或加热后剧烈反应,但产物不同。在此不详细分析。

总之,2种物质反应时,若反应物用量不同、反应条件不同、试剂浓度不同,则会导致产物的不同。

(责任编辑:化学自习室)
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