Question

市場上出現過一種一氧化碳檢測器，其外觀像一張塑料信用卡，正中有一個直徑不到2cm的小窗口，露出橙紅色固態物質。若發現橙紅色轉為黑色而在短時間內不復原，表明室內一氧化碳濃度超標，有中毒危險。一氧化碳不超標時，橙紅色雖也會變黑卻能很快復原。已知檢測器的化學成分：親水性的硅膠、氯化鈣、固體酸H₈[Si(Mo₂O₇)₆]·28H₂O、CuCl₂·2H₂O和PdCl₂·2H₂O（注：橙紅色為復合色，不必細究）。

4-1   CO與PdCl₂·2H₂O的反應方程式為：                     。

4-2   4-1的產物之一與CuCl₂·2H₂O反應而復原，化學方程式為：         。

4-3   4-2的產物之一復原的反應方程式為：                           。

Answer 1

4-1化學方程式  CO + PdCl₂·2H₂O = CO₂ + Pd + 2HCl + H₂O          (4分)

               寫PdCl₂不寫PdCl₂·2H₂O同時也配平，給2分。 

4-2化學方程式  Pd + 2CuCl₂·2H₂O = PdCl₂·2H₂O + 2CuCl + 2H₂O    (4分)

               寫Pd + CuCl₂·2H₂O = PdCl₂·2H₂O + Cu給2分

4-3化學方程式 4CuCl + 4HCl + 6H₂O + O₂ = 4CuCl₂·2H₂O            (4分)

解析:

競賽是科學普及的一部分，要通過競賽宣傳化學在經濟發展人類進步人民健康質量、生活質量及環境質量改善中的作用，以促進中學生關心發生在世界上和周圍的新事物，激勵他們為之奮斗，本題就體現這種思想。鑒于試題涉及的器件的化學組成很復雜，命題人從中挑選了學生的知識背景足以理解的問題，也正好是該器件性能的主要化學原理，甚至提示應試者集中精力解決主要問題，舍棄不必細究的枝節，這本身也是一種如何理論聯系實際的教育。命題人在組題時進一步幫助應試人縷清器件化學原理的思考程序，分3個問題要求學生思考，但每一個問題都留有需應試者通過原有知識基礎來補充完善的內容，以此來考察應試者的應變能力。第一個問題的關鍵是：CO和PdCl₂·2H₂O誰是氧化劑？當然有兩種正好相反的假設，假設1，得到C和某種高價鈀化合物，假設2，得到CO₂和金屬鈀。哪一個假設正確？要從第二問得到啟示。顯然，第二問需要應試者自己得出結論的首先是CuCl₂·2H₂O不可能是還原劑，只可能是氧化劑，因為在水體系里銅的價態不能再升高。如果應試者沒有這種基本思路，就無助于對第1問兩種假設的抉擇。有了這種思路，必然對“4-1的產物之一”對準C和Pd。問：其中哪一個可以跟CuCl₂·2H₂O反應？中學課本上討論過碳的氧化，使用的都是強氧化劑，如空氣中的氧氣、濃硫酸、濃硝酸等，而且都需加熱，可見碳不是強還原劑，把它氧化不那么容易，應當排除，于是“定音”，假設2是正確的，這是一箭雙雕，既答了第1問，又答了第2問。當然，第2問又存在兩種可能，銅被還原得銅（I）呢還是得銅（0）。怎樣判斷？需要第3問來幫助，第3問要求寫出4-2問中產物之一被復原，自然是指銅（I）或銅（0）的復原。先不必問氧化劑是誰，應試者就清楚，銅（I）比銅（0）易復原，即容易被氧化。這是不是中學知識？筆者認為是。由此選擇了銅（I）為第2問的答案，完成第2問的解答。再接著思考第3問：使銅（I）復原為銅（II）使用了什么試劑？首先要明確，它一定是氧化劑（應試者明確嗎？），然后從器件化學組成中去找，找不到（有人會認為存在2Cu⁺+2H⁺=2Cu²⁺+H₂的反應嗎？），于是被逼到“華容道”上去了，只能選擇空氣中的氧氣，別無它路，全題得解。當然，解完后應回顧器件的整個化學組成來討論它們各自的作用，但試題沒有設問，留給應試者自己思索。