“大胆假设 小心论证”才是应有的实验态度
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文章编号：1005－6629(2010)11－0070－04 中图分类号：G632.479 文献标识码：B
现在以想像、逻辑分析代替实验比较普遍，就是缺少亲手实验这一环节。以致于不少人还把一些假象当成真实在传播，既蒙了自己，又误导了他人。
[问题一](2000全国高考题)在玻璃圆筒中盛有两种无色、互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如图1所示。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：
(1)阳极上的电极反应式为______________。
(2)阴极上的电极反应式为______________。
(3)原上层液体是______________________。
(4)原下层液体是______________________。
(5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是_______________。
(6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是________，现象是_____________。
[简析]这道高考题的转载率高。我曾撰文指出过（发表在《化学教育》2006第十期）。最近在《金版奥赛化学教程》第一册的解题指导栏中又见到了该题原解的复制品。所以我再把它提出来，请同行们正视它。
原命题和解答多数没问题，其中第(5)题提供的解答“停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。”与“I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中”的解说不妥，必须纠正。因为命题者忽视了一个重要事实，电解过程中生成的强碱KOH或NaOH，在搅棒上下剧烈搅动时，应该考虑I2与MOH的反应和I2在CCl4中溶解，谁主谁次的问题。做做实验就清楚了。向碘的CCl4浓溶液中注入稀NaOH溶液，振荡，结果溶液基本无色。原题的正确解说应该是：碘水呈现的颜色在电解生成的碱中歧化消失， I2+2OH-=I-+IO-+H2O 或是3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O。水层和四氯化碳层几乎都无色。
高考命题者这种简单实验都不去做，何以指导中学教学？误导了多少难得动脑思考的人。命题人解题时缺少联想，忽视了过程分析。电解MI溶液后，溶液由MI变成MOH，不是水。怎么能仅用溶解度大小解释问题呢？缺少联想，会使人犯错。请看下面的一道高考题。
[问题二]工业上测量SO2、N2、O2混合气体中SO2含量的装置如图2。反应管中装有碘的淀粉溶液。SO2和I2发生的反应为(N2、O2不与I2反应)：SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI。
(1)混合气体进入反应管后，量气管内增加的水的体积等于___的体积(填写气体分子式)。
(2)反应管内溶液蓝色消失后，没有及时停止通气，则测得的SO2含量_____(选填：偏高，偏低，不受影响)。
(3)反应管内的碘的淀粉溶液也可以用___代替(填写物质名称)。
(4)若碘溶液体积为Va mL，浓度为c mol・L-1，N2与O2的体积为Vb mL(已折算成SPT体积)。用Va、c mol・L-1、Vb表示SO2的体积百分含量为________。
(5)将上述装置改为简易实验装置，除导管外，还需选用的仪器为_______________。
a．烧杯 b．试管c．广口瓶 d．容量瓶
e．量筒 f．单孔塞g．双孔塞
[简析]这道上海市高考题转载率很高。美中不足的是命题中存在破绽。用碘的淀粉溶液吸收测定SO2、N2、O2混合气体中SO2含量不够科学。原因有二：其一是碘水中碘的含量有限且较低，测定SO2的容量有限，测定结果相对误差较大，其二是随着SO2+I2+2H2O＝H2SO4+2HI反应的发生，后续反应O2+4HI=2H2O+2I2很难避免。因为前面自发进行的氧化还原反应放热，加之不断生成H+，提高了溶液中c(H+)。温度、 酸度都会加速后一反应的发生。前后反应综合起来，就是2SO2+O2+2H2O 2H2SO4。不难推知，碘在此测定过程中既充当氧化剂，又充当催化剂。我们当然希望碘只担当氧化剂，哪只是一相情愿。当碘扮演催化剂角色时，吸收的气体不再全是SO2，还包括一部分O2，且无法得知有多少O2被吸收。除非再测定溶液中硫酸根的含量与前后气体的体积差，才能做到。
验证实验：配制0.1 mol・L-1、0.01 mol・L-1、0.005 mol・L-1的HI溶液，各取出5 mL，分别滴2滴淀粉溶液，再分别通入空气，变蓝的时间是6 s，20 s，40 s。变色时间随HI的浓度增高而缩短。生活常识也告诉我们，I-易被空气中氧气氧化。不然的话，加碘盐就不会由过去添加KI而改为有一定风险的KIO3了（KIO3是强氧化剂，必须严格限制加入量）。I-在酸性溶液更易被空气氧化，我们不能忽视这一客观实际。
要准确测定SO2、N2、O2混合气体中SO2含量，实验图中反应管内的溶液适宜用酸性高锰酸钾或重铬酸钾。它们的氧化性都比O2强，反应比O2快，灵敏度高，测定SO2的容量大。测定的精确度高(O2存在不会影响测定结果)。溴水灵敏度高，但容量不大。
[问题三]铜片与浓硝酸反应，溶液呈绿色的原因探究。
铜片与浓硝酸反应，溶液呈绿色这是客观事实。是什么原因引起的？不少人认为是NO2溶解的结果。因为NO2气体为红棕色，硝酸铜溶液是蓝色，两者复合色为绿色。果真如此吗？你必须有根有据。想像不能代替事实，假想不能作为解释现象的依据。
我们认为是NO2与Cu2+发生配合作用的结果。NO2是两可配体，可以作硝基，也可以是亚硝酰基。NO2也是多齿配体，我们做了系列实验，证明绿色是NO2配位引起的。但因实验条件有限，无法确定是硝基配体还是亚硝酰基配体，也无法确定配位数是多少。
我们把NO2分别通入硝酸铜溶液、硫酸铜溶液，溶液都呈绿色。然后将绿色溶液均一式两份。一份充分加热，很快都又回到原来盐溶液的本色。将另一份溶液放置一段时间。短时间观察不到颜色的变化――实验结束时还没有看到变化。带回办公室放置。第二天硫酸铜溶液绿色全褪了，硝酸铜溶液的颜色从上到下，由蓝渐绿，下面的绿色基本没有变。放置五天后，硝酸铜溶液下面的颜色还保留着绿色。据此我们认为绿色消失是空气中O2的介入。发生4NO2+O2+2H2O=4HNO3，反应生成的硝酸根有稳定或屏蔽NO2的作用。可能是这样的：
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