<h3></h3><h3 style="text-align: center;">不是你想象中那样变化的！</h3><h3 style="text-align: center;">难道不是下图所示？</h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">是的，下图是错误的</font></h3><h3 style="text-align: center;"><br></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">对，这是一个高考题</font></h3><h3 style="text-align: left;">原题来自2003 年上海市化学高考卷，试卷中提供的澄清石灰水溶液导电能力随二氧化碳的体积变化示意图就是如上图所示，该图是选择题22题中的一个选项，命题组提供的参考答案认为该图像是正确的。</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">为什么我们原先认为是正确的？</font></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">原先我们的认知是这样的</h3><h3><font color="#ed2308">溶液中离子浓度越大，溶液导电能力增大，离子总浓度基本不变且各离子所带电荷数不改变时，则电解质溶液的导电能力不变。</font></h3><h3></h3><h3 style="text-align: center;">依据以上“结论”，可以分析如下</h3><h3><font color="#ed2308">[过程1]</font>当在澄清石灰水中通入CO2时，溶液体积几乎不变，钙离子与氢氧根离子分别转化为碳酸钙沉淀和水，离子浓度显著下降，当澄清石灰水与二氧化恰好完全反应时，溶液中的自由离子浓度很小(存在微量的碳酸钙溶解与水的极少部分电离)，此时溶液的导电性几乎为0。</h3><h3><font color="#ed2308">[过程2]</font>当碳酸钙与二氧化碳、水继续反应得到自由移动的钙离子和碳酸氢根离子，离子总浓度与反应开始阶段的离子总浓度几乎一样，因此继续通入二氧化碳后，溶液的导电能力与反应开始时的导电能力几乎一样，所以上述图像被认为是正确的。</h3><h3><font color="#010101">注：做这个实验不要用饱和澄清石灰水为好！（上回说过为什么了）</font></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">以上结论对吗？</font></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">先来看一个实验</font></h3><h3 style="text-align: left;"><font color="#010101">学者朱鹏飞、陈敏等在研究二氧化碳通入澄清石灰水导电率变化的相关实验中，采用数字化实验得到如下图的实验结论：当澄清石灰水与二氧化碳完全反应得到碳酸钙沉淀后，溶液导电能力显著降低，继续通入过量二氧化碳后，溶液的导电能力无法恢复原到有水平。</font></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">Why？</h3> <h3>物理学上，一般用电导率来描述物体的导电性能，电导率越高，则该物体的导电性能越优异，如超导体的电导率可认为无穷大(约为1×1020S·cm－1)。电解质溶液的电导率随电解质溶液的浓度变化而变化，也随温度改变而变化，几种不同的强弱电解质其电导率(κ)随浓度变化关系如下图。</h3><h3>——《物理化学》抄来的</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">你发现了什么？</font></h3> <h3><font color="#ed2308">①</font>同浓度但不同强电解质溶液，其电导率呈显著差异性；</h3><h3><font color="#ed2308">②</font>同浓度的KCl与KOH溶液中钾离子离子浓度相同，氯离子与氢氧根离子浓度也一样，但其电导率显著差异性；</h3><h3><font color="#ed2308">③</font>强酸强碱溶液比同浓度的盐溶液导电能力强，弱酸因部分电离，离子浓度低，导电能力弱得多；</h3><h3><font color="#ed2308">④</font>氢离子和氢氧根离子对导电的贡献比其他离子大得多。</h3><h3><br></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">为什么？</h3><h3 style="text-align: center;">很简单</h3><h3 style="text-align: center;">因为不同导体(这里是溶液)其导电性</h3><h3 style="text-align: center;">当然不一样</h3><h3 style="text-align: center;">这是众所周知的</h3><h3 style="text-align: center;">这是天经地义的</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">那为什么具有一定浓度氢离子或氢氧根离子的溶液的导电性会特别强？</h3><h3 style="text-align: center;">这是因为</h3><h3 style="text-align: center;">这两种离子的电迁移速率特别快，对电流的贡献特别大</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">让我们来看一组数据</font></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">又为什么</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">这是由于氢离子或氢氧根离子在电场作用下迁移的特殊性造成的</h3> <h3>氢离子和氢氧根离子表现出的特殊迁移速率，是由于在通常的溶剂中的离子移动之外附加了跳跃机理，来自水合质子的氢离子可以跳跃到临近的水分子，是一个与水合氢离子在溶液中运动有相同效果的过程(如下图)。其传导过程可以看作在水溶液中单个的溶剂质子化的传导实际通过一种质子传递机理(Grotthuss机理)，而不是质子本身从溶液的一端迁向另一端，质子是从一个水分子传递给另一个水分子，电流就很快沿着氢键传导，分子的排列形式从(a)到(b)，以(b)排列方式的分子必须翻转，回复到(a)的排列状态而接受(或释放)质子。</h3><h3>——我只是搬运工，上述文字来源于《物理化学》</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">有什么用呢？</font></h3> <h3></h3><h3><font color="#ed2308">盐桥中电解质的选择</font></h3>从离子淌度上看，氢离子与氢氧根离子的电迁移速率特别大，对电流的贡献率最大；有意思的是正由于钾离子与氯离子、硝酸根离子的离子淌度接近，因此氯化钾或硝酸钾常制作盐桥的电解质，以免造成因离子迁移速率差异过大而造成液接过电位。 <h3><font color="#ed2308">还可以做题目</font></h3><h3><font color="#010101">[2016年北京卷理综化学11题]在两份相同的Ba(OH)2溶液中，分别滴入物质的量浓度相等的H2SO4、NaHSO4溶液，其导电能力随滴入溶液体积变化的曲线如图5所示。下列分析不正确的是(</font><font color="#ed2308"> C</font><font color="#010101"> )</font></h3><h3><font color="#010101">A．①代表滴加硫酸溶液的变化曲线</font></h3><h3><font color="#010101">B．b 点，溶液中大量存在的离子是钠离子、氢氧根离子</font></h3><h3><font color="#ed2308">C．c 点，两溶液中含有相同量的氢氧根离子</font></h3><h3><font color="#010101">D．a、d两点对应的溶液均显中性</font></h3> <h3>该高考题很好地说明了溶液导电性与不同离子，溶液的浓度等密切相关的好题，值得分析、品味，但其本意还是考查离子反应。依据上述实验中各种离子的电导率与摩尔电导率、浓度的关系及相关数据，利用Wolfram Mathematica 11数学软件作滴入溶液体积与混合溶液的电导率变化曲线如下图。</h3><h3 style="text-align: center; "><font color="#ed2308">这是理论作图，描点500点，试卷上的描点就不多了</font></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">描点越多越光滑喔</font></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">描点太多，计算机要死机的。</font></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">教材上的实验是不是有点问题了？</h3><h3 style="text-align: center;">幸运的是</h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">人眼不能区分通过白炽灯泡的电流强度的较小差别而引起的发光亮度的差异，使得实验得以“近乎完美”</font></h3><h3 style="text-align: center;"><br></h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;">真的吗？</h3> <h3>学者沈琳在《电解质溶液导电性实验的探讨》一文中，测定了浓度为M上述溶液在不同电压下电路中的电流强度如下表(石墨为阳极，铁为阴极)。</h3> <h3></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">结论</font></h3><h3>正是由于上述实验存在一定的纰漏，造成了许多学生甚至教师得出了前文所提到的有关电解质溶液导电性的片面性结论。高中教材中未能提供影响电解质溶液导电性因素的相关阐述(许是难度太高，不适合高中学生的学习)，但作为高中教师或高考命题者，对电解质溶液导电性规律的充分认识是需要的，当我们对某一化学专业知识准备不够充分时，需要不断学习，以严谨和务实的科学态度组织教学或命制试题。</h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">不怪我们老师哦</font></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">我们只是</font></h3><h3 style="text-align: center;"><font color="#ed2308">躺枪了</font></h3> <h3>《氢离子与氢氧根离子对溶液导电性的显著影响——由2016年北京卷理综化学11题引起的思考》</h3><h3>_____发表于《化学教学》2017年第1期7</h3>