“余量思维法”思考化学问题更全面

2015-12-14张洪

中学化学 2015年10期

张洪

所谓“余量思维法”是指：根据已知的因果关系，某几种原因能引起某种结果M，但实际观察中发现这几种原因却引起了更复杂的结果（M+N），在结果M+N中，逐步排除各个原因引起的各个结果，最后剩下结果N，然后再从剩余的结果N中去寻找产生这部分结果的原因N′，这种寻求因果关系的逻辑方法叫剩余法。它是“求同、求异”因果推理的补充，在科学的发现中有过重要的作用。

同样在中学化学问题的解决中有其独到的作用，现举例说明如下。

例1已知：硫氰[（SCN）2]为拟卤素，性质与卤素单质相似，其阴离子（SCN-）的性质与卤素离子相似。现将氯化铁与硫氰化钾混合生成血红色的溶液一分为三，并分别作如下操作：

（1）通入二氧化硫气体;

（2）加入酸性高锰酸钾溶液;

（3）加入氟化钾固体。

结果溶液颜色都褪去。试解释褪色的原因。

分析我们知道溶液呈血红色是因为铁离子与硫氰根离子结合生成了红色的硫氰化铁的缘故，且该反应是可逆反应。若反应朝着硫氰化铁解离的方向进行，则溶液颜色会变浅;当铁离子或硫氰根离子不存在或很少时溶液会变成无色或呈铁离子的棕黄色。同时我们也了解到铁离子具有氧化性，硫氰根离子具有还原性（拟卤素其离子与卤素离子性质相似）。

因此，通入二氧化硫气体和加入酸性高锰酸钾溶液使血红色褪色的原因，可作如下解释：二氧化硫具有还原性能还原铁离子转化为亚铁离子，使化学平衡向硫氰化铁解离的方向进行，导致红色褪去;高锰酸钾具有强氧化性氧化硫氰根离子，同样也使化学平衡向硫氰化铁解离的方向进行，导致红色褪去。

那么，氟化钾既没有氧化性也没有还原性，它不可能通过氧化还原的方法使红色褪去，这说明加入氟化钾固体使其褪色有新的原因。我们运用剩余思维方法分析，其原因只能从氯化铁与硫氰化钾反应的实质去推理。硫氰化铁是铁离子与硫氰根离子通过配位键形成的复杂离子，而氟离子与硫氰根离子性质相似，故氟离子也能与铁离子以配位键的形式形成复杂离子，从而使红色褪去。

图1

例2将某草酸稀溶液与酸性高锰酸钾溶液混合，反应结果有无色体气从溶液中逸出，同时测得溶液的温度在反应过程中变化不大。根据气体逸出的速率与时间的关系记录（图1）。

（1）请解释速率与时间的关系，引起的主要原因。

（2）设计实验证明你的解释。

分析影响反应速率的外界因素有浓度、温度、压强和催化剂等，引起化学反应速率加快的主要原因有：

①提高反应物的浓度;

②升高反应体系的温度;

③增大有气体物质参加的反应体系的压强;

④使用催化剂;

⑤改变固体颗粒的大小等。

对于敞开容器而言可忽略压强对反应速率的影响;反应中溶液的温度变化不大，说明温度不是引起反应速率加快的原因;而反应开始时反应物浓度最大，故反应开始时反应速率相对于整个反应过程而言应该最大。事实上反应在t0～t1时间内反应速率由慢变快，按剩余思维方法分析，说明在反应过程中产生了引起速率变化的新原因。

从影响化学反应速率的因素出发，我们已经排除了压强、温度对反应的影响，剩下的可能原因只有催化剂了，即设想可能是反应中某一生成物催化了反应，是不是这样呢？我们可以设计如下对比实验加以检验。