Question

市场上出现过一种一氧化碳检测器，其外观像一张塑料信用卡，正中有一个直径不到2cm的小窗口，露出橙红色固态物质。若发现橙红色转为黑色而在短时间内不复原，表明室内一氧化碳浓度超标，有中毒危险。一氧化碳不超标时，橙红色虽也会变黑却能很快复原。已知检测器的化学成分：亲水性的硅胶、氯化钙、固体酸H₈[Si(Mo₂O₇)₆]·28H₂O、CuCl₂·2H₂O和PdCl₂·2H₂O（注：橙红色为复合色，不必细究）。

4-1   CO与PdCl₂·2H₂O的反应方程式为：                     。

4-2   4-1的产物之一与CuCl₂·2H₂O反应而复原，化学方程式为：         。

4-3   4-2的产物之一复原的反应方程式为：                           。

Answer 1

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

               写PdCl₂不写PdCl₂·2H₂O同时也配平，给2分。 

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

               写Pd + CuCl₂·2H₂O = PdCl₂·2H₂O + Cu给2分

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

解析:

竞赛是科学普及的一部分，要通过竞赛宣传化学在经济发展人类进步人民健康质量、生活质量及环境质量改善中的作用，以促进中学生关心发生在世界上和周围的新事物，激励他们为之奋斗，本题就体现这种思想。鉴于试题涉及的器件的化学组成很复杂，命题人从中挑选了学生的知识背景足以理解的问题，也正好是该器件性能的主要化学原理，甚至提示应试者集中精力解决主要问题，舍弃不必细究的枝节，这本身也是一种如何理论联系实际的教育。命题人在组题时进一步帮助应试人缕清器件化学原理的思考程序，分3个问题要求学生思考，但每一个问题都留有需应试者通过原有知识基础来补充完善的内容，以此来考察应试者的应变能力。第一个问题的关键是：CO和PdCl₂·2H₂O谁是氧化剂？当然有两种正好相反的假设，假设1，得到C和某种高价钯化合物，假设2，得到CO₂和金属钯。哪一个假设正确？要从第二问得到启示。显然，第二问需要应试者自己得出结论的首先是CuCl₂·2H₂O不可能是还原剂，只可能是氧化剂，因为在水体系里铜的价态不能再升高。如果应试者没有这种基本思路，就无助于对第1问两种假设的抉择。有了这种思路，必然对“4-1的产物之一”对准C和Pd。问：其中哪一个可以跟CuCl₂·2H₂O反应？中学课本上讨论过碳的氧化，使用的都是强氧化剂，如空气中的氧气、浓硫酸、浓硝酸等，而且都需加热，可见碳不是强还原剂，把它氧化不那么容易，应当排除，于是“定音”，假设2是正确的，这是一箭双雕，既答了第1问，又答了第2问。当然，第2问又存在两种可能，铜被还原得铜（I）呢还是得铜（0）。怎样判断？需要第3问来帮助，第3问要求写出4-2问中产物之一被复原，自然是指铜（I）或铜（0）的复原。先不必问氧化剂是谁，应试者就清楚，铜（I）比铜（0）易复原，即容易被氧化。这是不是中学知识？笔者认为是。由此选择了铜（I）为第2问的答案，完成第2问的解答。再接着思考第3问：使铜（I）复原为铜（II）使用了什么试剂？首先要明确，它一定是氧化剂（应试者明确吗？），然后从器件化学组成中去找，找不到（有人会认为存在2Cu⁺+2H⁺=2Cu²⁺+H₂的反应吗？），于是被逼到“华容道”上去了，只能选择空气中的氧气，别无它路，全题得解。当然，解完后应回顾器件的整个化学组成来讨论它们各自的作用，但试题没有设问，留给应试者自己思索。