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+Ｈ2Ｓ==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:4Ｈ2Ｏ+4Ｃｌ2+Ｈ2Ｓ==Ｈ2ＳＯ4+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+2Ｈ2Ｏ
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+2Ｈ2Ｏ
3ＮａＡｌＯ2+ＡｌＣｌ3+6Ｈ2Ｏ==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+Ｉ2,Ｉ2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+Ｉ2,Ｉ2+5Ｃｌ2+6Ｈ2Ｏ==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:
2Ｈ3ＰＯ4+3Ｃａ(ＯＨ)2==Ｃａ3(ＰＯ4)2↓+6Ｈ2Ｏ
Ｃａ3(ＰＯ4)2+Ｈ3ＰＯ4==3ＣａＨＰＯ4
ＣａＨＰＯ4+Ｈ3ＰＯ4==Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)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(Ｈ2ＰＯ4)2,随着石灰水的逐滴滴入,Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)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+2Ｈ3ＰＯ4==Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)2+2Ｈ2Ｏ
Ｃａ(Ｈ2ＰＯ4)2+Ｃａ(ＯＨ)2==2ＣａＨＰＯ4+2Ｈ2Ｏ
2ＣａＨＰＯ4+Ｃａ(ＯＨ)2==Ｃａ3(ＰＯ4)2↓+2Ｈ2Ｏ
[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+Ｈ2Ｏ+ＣＯ2↑
前者由于Ｎａ2ＣＯ3完全转化为ＮａＨＣＯ3后,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+3Ｏ2==2Ｆｅ2Ｏ3(红褐色)
后者3Ｆｅ+2Ｏ2 点 燃 Ｆｅ3Ｏ4(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8～9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8～9。片刻后,缓慢加热升温,当溶液升温到70℃时,溶液逐渐变得澄清透明。继续升温到80℃～85℃,保温1ｈ,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℃时,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,发生亲电反应,而不是亲核反应,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,当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。
来源：中国化学课程网
