巧用数轴法厘清混合气体间的反应产物

2024.10.07

冯洪明

[摘要]文章从一道典型习题的解答入手，阐述了数轴法在化学计算中的运用，其使得结果分析更直观、更简洁，并尝试建构混合气体连续反应中过量问题的分析模型、

[关键词]数轴法;混合气体;反应产物

[中图分类号]

G633.8

[文献标识码] A

[文章编号] 1674-6058（2020）17-0075-02

混合气体间的反应产物分析往往比较复杂、抽象，是高中化学学习的难点，但若能巧妙借助数轴化抽象为具体来实现这类问题的解决，往往可以取得较好的效果，进而提升学生学习化学的兴趣和效率，启迪学生思维，培养学生顺利建构解决此类问题的模型认知。

一、提出问题

【例1】已知NH3和Cl2在常温下可快速反应生成氮气，当NH3和Cl2比例不同时产物不同。现将aLNH3和b L Cl2充分混合（气体均在相同状况下测得），下列说法不正确的是（

）。

A.若2b≥3a，发生反应的方程为2NH3+3Cl2=N2+6HCI

B.若5b=6a，发生反应的方程为5NH3+6Cl2=2N2+IIHCl+NH4CI

C.若8b≤3a，发生反应的方程为8NH3+3Cl2=N2+6NH4Cl D.若3a/8≤b≤2a/3，则转移电子的物质的量9a/8≤n （e-）≤2a

显然这是一个极富挑战的混合气体间的反应产物分析问题。如果仅从完成解答而言，可以借助各选择项的条件逐个判断完成。然而从培养和发展学生认知水平的角度出发，这并不是上上之策。而这类“反应物量不同产物不同”的习题，若能引入数轴法，可轻松实现产物的讨论。

二、数轴法分析混合气体间反应产物的步骤

所谓数轴，数学上是指规定了原点、正方向和长度单位的直线。数轴上的点与实数具有一一对应的关系。在化学学习中运用数轴法，实际上是赋予数轴特定的化学意义，这样数轴上的点就具有了特殊的化学含义。

利用数轴法分析混合气体间的反应产物的步骤一般分为以下三步：

（l）找出分段点（或称临界点）。这是利用数轴法完成学习任务的关键步骤。具体方法是：分析混合气体间可能发生反应的方程式，从而确定气体间完全发生反应时可能的数量关系，这个数量关系值就是分段点。当然在分析混合气体间的反应时必须遵循化学特定的规律，若发生的是氧化还原反应，则必须符合氧化性或還原性强弱的先后顺序;若发生的是复分解反应，则不能违背复分解反应规律，譬如结合H+或OH-的能力强弱顺序等。

（2）画出数轴。画数轴，标注数轴指代的意义，并按次序（一般从小到大）在数轴上标出分段点。

（3）分析确定各区间的反应产物。

三、解决问题

首先从题意可知NH3和C12间发生了氧化还原反应，NH3转化为N2，Cl2转化为HCl。如果NH3过量，继续与HCl反应生成NH4Cl。应该说反应的先后次序还是比较清晰的，只是题中给出的气体量是用字母a、b来表示，而不是具体的数字，这无意中给解题增加了难度。因此，对于一般的学生，要完成这类混合气体间反应产物的讨论有一定的难度。当然最困难之处在于什么时候NH3过量。而本题是以选择题的形式呈现，各选择项可以帮助学生找到这个过量的临界点。

NH3和CI2混合后首先发生了氧化还原反应：2NH3+3Cl2=N2+6HCl，进而继续发生NH3+HCl=NH4Cl反应。因此，不难发现，当NH3不足，即a：b≤2：3时仅发生氧化还原反应，反应产物为N，和HCI;当NH3足量时，即a：b≥8：3时，上述两个反应均可完全发生，可用8NH3+3C12=N2+6NH4Cl表示。由此，自然就确定了数轴的两个分段点2/3和8/3，画出数轴后也就能比较轻松地判断出不同比例组成的混合气体的反应情况，得出当3a/8≤b≤2a/3时，NH3仅部分发生氧化还原反应，转移的电子数应按CI2计算，正确答案为D，具体如图1所示。

四、变式提升

【例2】已知NH3和CI2在常温下可快速反应生成氮气，当NH3和Cl2比例不同时产物不同。现有1L Cl2和N2的混合气体，其中N2的体积分数为x，将该混合气体与I L NH3混合。讨论当x取不同范围的数值时，所得气体体积y与x的关系式（气体体积均在相同状况下测定）。

显然这是一个更为复杂的混合气体间反应产物的分析，从题面上分析是在确定不同的x值，但从发生的化学反应实质来分析却发现是NH3和Cl2间的反应，跟N，没多大关系。一般学生对于这类习题的解答有畏难情绪，甚至无从下手。如果能有效借助数轴，问题就能迎刃而解。

综上所述，巧妙应用数轴法确实可以将复杂的问题变得直观、形象、简明化，既能拓展学生思维，更能促进学生的学习和能力的提升。

（责任编辑罗艳）