澄清銀鏡中的教學(xué)難點

1、澄清銀鏡實驗中的教學(xué)難點,2018年浙江省教研規(guī)劃課題《基于學(xué)科理論認知模型的創(chuàng)新實驗與疑難問題研究》立項編號：G18191,紹興市越州中學(xué) 吳文中紹興市越州中學(xué) 陳銀鳳Tel：18906755299,,,,,一、問題的提出,說課內(nèi)容,三、理論分析,四、實驗驗證,二、數(shù)據(jù)推理,五、獲得結(jié)論,1.熱力學(xué)分析,2.動力學(xué)分析,一、問題的提出,乙醛可被弱氧化劑如銀氨溶液氧化為乙酸，同時銀氨溶液中的銀離子被還原成金屬銀，附著在試管壁上形

2、成銀鏡，這就是人們所熟悉的銀鏡反應(yīng)。這一經(jīng)典高中化學(xué)實驗其反應(yīng)原理可能遠沒有被廣大教師所透晰，銀氨溶液的主要成分是什么，銀鏡實驗為什么需要使用銀氨溶液,滴加氫氧化鈉的銀氨溶液為什么會出現(xiàn)銀鏡？,二、數(shù)據(jù)推理—銀氨溶液的主要成分,銀鏡反應(yīng)AgNO3+NH3·H2O=AgOH↓+NH4NO3AgOH+2NH3·H2O=2Ag(NH3)2++OH－+2H2O考慮NH4+與OH－之間的作用AgNO3+2NH3

3、83;H2O=Ag(NH3)2NO3+2H2O,二、數(shù)據(jù)推理—銀氨溶液的主要成分,,經(jīng)分析，在銀氨溶液中存在如下平衡：,二、數(shù)據(jù)推理—銀氨溶液的主要成分,經(jīng)Wolfram Mathematica11.0軟件平臺，即通過解上述9個方程組得銀氨溶液總銀與總氨之比約為1：2.15((25×0.12:5.05×1.275))，需要的2%的氨水為5.05mL，pH=10.8，與文獻《運用手持技術(shù)探究銀氨溶液的成分》實驗測定的體

4、積為4.71mL，pH=10.29無顯著差異，此時銀氨溶液中的主要離子是NO3－和 [Ag(NH3)2]+，其濃度分別為0.0998mol·L－1和0.0988mol·L－1，即銀氨溶液的主要成分為Ag(NH3)2NO3,三、理論分析（采用銀氨溶液的原因）,1.熱力學(xué)分析,AgNO3溶液氧化乙醛的平衡常數(shù),反應(yīng)CH3CHO+2Ag++H2O→CH3COOH+2Ag↓+2H+的平衡常數(shù)K反應(yīng)1為107.50。從熱力學(xué)角

5、度分析，Ag+能氧化CH3CHO，只要“足夠”長時間，AgNO3定能氧化乙醛。,0.1mol·L－1的AgNO3溶液的pH=3~5左右(因為配制硝酸銀溶液需要滴加體積比為1：1的硝酸2~3滴)，pH=3為現(xiàn)以準(zhǔn)計算：,1.熱力學(xué)分析,使用2%的AgNO3溶液和2%的稀氨水配制的銀氨溶液，pH≈10.8為依據(jù)，計算各半反應(yīng)的實際電極電位如下(實測pH=10.29，無顯著差異，不影響討論),CH3CHO+2Ag(NH3)2OH→C

6、H3COONH4+H2O+2Ag+3NH3的平衡常數(shù)K反應(yīng)2為107.79。,從熱力學(xué)角度看，銀鏡實驗之所以采用銀氨溶液并非因為Ag+不能氧化乙醛溶液,三、理論分析（采用銀氨溶液的原因）,2.動力學(xué)分析,OH－存在能有效地加快過程(1)的進行，反應(yīng)速率加快，這也是為什么銀鏡實驗需要采用銀氨溶液(堿性)的動力學(xué)原因，這也說明銀鏡實驗的實際發(fā)生并非來自熱力學(xué)(當(dāng)然這是反應(yīng)發(fā)生的前提)，而是動力學(xué)驅(qū)動的結(jié)果。,三、理論分析（采用銀氨溶液的原

7、因）,[實驗1]在潔凈的試管中加入2 mL 2 % 的AgNO3溶液，向試管中加入2~3 滴1mol·L－1的氫氧化鈉溶液，然后邊振蕩試管邊逐滴滴入2 %的稀氨水，至產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止，制得銀氨溶液，再向其中滴入3滴乙醛，振蕩后將試管放在熱水浴中溫?zé)帷?[實驗2]在實驗1的基礎(chǔ)上，配制2組：空白組(1#~5#試管)和實驗組(6#~10#試管)，1#~5#或6#~10#試管一次分別滴加1mol·L－1NaO

8、H溶液0、1、2、5、10滴，然后分別滴加氨水直到溶液變澄清的銀氨溶液，實驗組1mL10%葡萄糖溶液。,四、實驗驗證,1.采用銀氨溶液的原因探究,實驗組除未加NaOH溶液出現(xiàn)銀鏡稍慢以外，其余的均較快得到銀鏡(未進行水浴加熱)。說明堿性增強有利于銀鏡實驗的發(fā)生。,1.采用銀氨溶液的原因探究,四、實驗驗證,2.滴加NaOH的銀氨溶液產(chǎn)生銀鏡的原因探究,四、實驗驗證,[實驗] 銀鏡反應(yīng)后的廢液，滴加堿性較強的NaOH,2.滴加NaOH的銀氨

9、溶液產(chǎn)生銀鏡的原因探究,四、實驗驗證,配制得到的銀氨溶液由于滴加氫氧化鈉溶液以及過量的氨水，堿性強，能聞到刺激性氣味的氣體逸出(NH3)，pH約為12.5。放置在敞口的燒杯中，由于氨的揮發(fā)，使得溶液表層中Ag+濃度增大，得到AgOH，AgOH分解得到氧化銀，且可能發(fā)生如下過程：,3Ag2O+2NH3 =2Ag3N↓+3H2O或3AgOH+NH3 =2Ag3N↓+3H2O2Ag3N=6Ag+N2↑,從熱力學(xué)角度看，銀鏡實驗無任采用硝酸

10、銀溶液，還是銀氨溶液，主反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)都很大，都可認為反應(yīng)進行到底；從動力學(xué)角度看，硝酸根離子難以發(fā)生還原反應(yīng)，因此銀鏡實驗之所以采用銀氨溶液，顯然主要是動力學(xué)方面的原因，簡而言之，銀鏡實驗之所以使用銀氨溶液，一方面是為了提高醛的還原性，更重要的是為了加快醛被氧化的速率。滴有較多NaOH溶液的銀氨溶液放置在空氣中出現(xiàn)的銀鏡現(xiàn)象，實際上并非因為氨氣直接氧化Ag+的結(jié)果，而是因為銀氨溶液的堿性強，氨氣揮發(fā)從而得到Ag3N而緩慢分解的結(jié)果