Question

市場上出現(xiàn)過一種一氧化碳檢測器，其外觀像一張塑料信用卡，正中有一個(gè)直徑不到2cm的小窗口，露出橙紅色固態(tài)物質(zhì)。若發(fā)現(xiàn)橙紅色轉(zhuǎn)為黑色而在短時(shí)間內(nèi)不復(fù)原，表明室內(nèi)一氧化碳濃度超標(biāo)，有中毒危險(xiǎn)。一氧化碳不超標(biāo)時(shí)，橙紅色雖也會(huì)變黑卻能很快復(fù)原。已知檢測器的化學(xué)成分：親水性的硅膠、氯化鈣、固體酸H₈[Si(Mo₂O₇)₆]·28H₂O、CuCl₂·2H₂O和PdCl₂·2H₂O（注：橙紅色為復(fù)合色，不必細(xì)究）。

4-1   CO與PdCl₂·2H₂O的反應(yīng)方程式為：                     。

4-2   4-1的產(chǎn)物之一與CuCl₂·2H₂O反應(yīng)而復(fù)原，化學(xué)方程式為：         。

4-3   4-2的產(chǎn)物之一復(fù)原的反應(yīng)方程式為：                           。

Answer 1

4-1化學(xué)方程式  CO + PdCl₂·2H₂O = CO₂ + Pd + 2HCl + H₂O          (4分)

               寫PdCl₂不寫PdCl₂·2H₂O同時(shí)也配平，給2分。 

4-2化學(xué)方程式  Pd + 2CuCl₂·2H₂O = PdCl₂·2H₂O + 2CuCl + 2H₂O    (4分)

               寫Pd + CuCl₂·2H₂O = PdCl₂·2H₂O + Cu給2分

4-3化學(xué)方程式 4CuCl + 4HCl + 6H₂O + O₂ = 4CuCl₂·2H₂O            (4分)

解析:

競賽是科學(xué)普及的一部分，要通過競賽宣傳化學(xué)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展人類進(jìn)步人民健康質(zhì)量、生活質(zhì)量及環(huán)境質(zhì)量改善中的作用，以促進(jìn)中學(xué)生關(guān)心發(fā)生在世界上和周圍的新事物，激勵(lì)他們?yōu)橹畩^斗，本題就體現(xiàn)這種思想。鑒于試題涉及的器件的化學(xué)組成很復(fù)雜，命題人從中挑選了學(xué)生的知識(shí)背景足以理解的問題，也正好是該器件性能的主要化學(xué)原理，甚至提示應(yīng)試者集中精力解決主要問題，舍棄不必細(xì)究的枝節(jié)，這本身也是一種如何理論聯(lián)系實(shí)際的教育。命題人在組題時(shí)進(jìn)一步幫助應(yīng)試人縷清器件化學(xué)原理的思考程序，分3個(gè)問題要求學(xué)生思考，但每一個(gè)問題都留有需應(yīng)試者通過原有知識(shí)基礎(chǔ)來補(bǔ)充完善的內(nèi)容，以此來考察應(yīng)試者的應(yīng)變能力。第一個(gè)問題的關(guān)鍵是：CO和PdCl₂·2H₂O誰是氧化劑？當(dāng)然有兩種正好相反的假設(shè)，假設(shè)1，得到C和某種高價(jià)鈀化合物，假設(shè)2，得到CO₂和金屬鈀。哪一個(gè)假設(shè)正確？要從第二問得到啟示。顯然，第二問需要應(yīng)試者自己得出結(jié)論的首先是CuCl₂·2H₂O不可能是還原劑，只可能是氧化劑，因?yàn)樵谒�體系里銅的價(jià)態(tài)不能再升高。如果應(yīng)試者沒有這種基本思路，就無助于對(duì)第1問兩種假設(shè)的抉擇。有了這種思路，必然對(duì)“4-1的產(chǎn)物之一”對(duì)準(zhǔn)C和Pd。問：其中哪一個(gè)可以跟CuCl₂·2H₂O反應(yīng)？中學(xué)課本上討論過碳的氧化，使用的都是強(qiáng)氧化劑，如空氣中的氧氣、濃硫酸、濃硝酸等，而且都需加熱，可見碳不是強(qiáng)還原劑，把它氧化不那么容易，應(yīng)當(dāng)排除，于是“定音”，假設(shè)2是正確的，這是一箭雙雕，既答了第1問，又答了第2問。當(dāng)然，第2問又存在兩種可能，銅被還原得銅（I）呢還是得銅（0）。怎樣判斷？需要第3問來幫助，第3問要求寫出4-2問中產(chǎn)物之一被復(fù)原，自然是指銅（I）或銅（0）的復(fù)原。先不必問氧化劑是誰，應(yīng)試者就清楚，銅（I）比銅（0）易復(fù)原，即容易被氧化。這是不是中學(xué)知識(shí)？筆者認(rèn)為是。由此選擇了銅（I）為第2問的答案，完成第2問的解答。再接著思考第3問：使銅（I）復(fù)原為銅（II）使用了什么試劑？首先要明確，它一定是氧化劑（應(yīng)試者明確嗎？），然后從器件化學(xué)組成中去找，找不到（有人會(huì)認(rèn)為存在2Cu⁺+2H⁺=2Cu²⁺+H₂的反應(yīng)嗎？），于是被逼到“華容道”上去了，只能選擇空氣中的氧氣，別無它路，全題得解。當(dāng)然，解完后應(yīng)回顧器件的整個(gè)化學(xué)組成來討論它們各自的作用，但試題沒有設(shè)問，留給應(yīng)試者自己思索。