一道习题的启示
备注:本文是本人二十年前的一篇旧作,原载于《河北教研》(中学版、1988、第六期。)并荣获张家口地区第二届教育教学研究成果三等奖。
现行高中化学课本(甲种本)第二册42 页第4题:制备1升含氨10%的氨水(密度是0、96克/厘米3),需要用多少体积的氨气(标准状况)?
此题的答案,从学生作业中发现有两种解法:
[解法一]用气体摩尔体积计算。
1升10%的氨水含氨的质量为:
0、96×1000×10%=96(克)
96克氨在标准状况下所占的体积为:
96÷17、03×22、4=126、3(升)
答:需要氨气126、3升。
[解法二]用标准状况下的气体密度计算。
由解法一知1升氨水含氨96克,由氨的密度0、771克/升,可知96克氨在标准状况下所占体积为:96÷0、771=124、5(升)
答:(略)
可见两种解法结果不同。原因何在呢?
我们知道,氨的密度(0、771克/升,标准状况)是实验测定的,而气体摩尔体积是理想化的,是近似的。因此,解法二的结果应该是正确的。(人教社的《教学参考书》中提示的答案126、5升是不准确的。)
由17、03克/摩÷0、771克/升=22、09升/摩(小于22、4升/摩)也可知氨在标准状况下的实际摩尔体积距离理想化的气体摩尔体积偏差较大,是不可忽略的。
为什么会造成这种较大的偏差呢?其根本原因在于氢键的影响.
氨分子中的氢原子是与电负性大而原子半径较小的氮原子以共价键结合的,使得N---H键的极性较强,氢原子几乎成为“裸露”的质子,因而氨分子之间可以形成氢键。而“氢键能存在于物质的晶态、液态、甚至气态中”(见北师大等三校编《无机化学》上册343页)。由于氢键的存在,氨分子间引力增强,密度增大,摩尔体积相应减小。
由此可见,我们在教学中应注意以下几点:
一、讲授“气体摩尔体积”时,一定要强调其近似性,即抓住气体摩尔体积定义中的“都约是”三个字。
二、讲授“氢键”时,应指出“氢键不仅存在于物质的晶态和液态中,甚至还存在于物质的气态之中”。并补充说明“氢键对某些气体体积(或密度)的影响”。这些今后在教材中也应有所体现。
三、在利用气体摩尔体积进行有关气体的计算时,应考虑到氢键的影响。对于分子间易形成氢键的气体如NH3、HF等,在计算时最好用“标准状况下的密度”计算,不要用“气体摩尔体积即22、4升/摩”计算。