“氢”的教学价值

陈星

【关键词】 化学教学；氢；酸碱质子理论；金属性；氧化还原反应

【中图分类号】 G633.8 【文献标识码】 A

【文章编号】 1004—0463（2015）15—0058—01

在化学教学中，氢的“高频”出现反映了其在化学教学中有着重要地位。在酸碱质子理论中，它是确定酸碱的唯一标志，是元素金属性和非金属性强弱判断的重要依据；在电化学中，是判定一个氧化还原反应能否发生的重要依据。

氢是构成自然界的100多种元素之一。其原子核内存在1个质子，但中子数有多有少，要么1个，要么2个，甚至3个。正因为如此，氢核素（原子）有3种，分别是氕（氢）、氘（重氢）和氚（超重氢），它们互为同位素。

当氢原子失去1个电子，就会转变为“裸露”的质子。表示为： H-e-=H+。

一、 酸碱质子理论

酸碱质子理论认为：凡是能给出质子（H+）的物质都是酸，凡是能接受质子（H+）的物质都是碱。

如： HCl、NH4+、HSO4- 、H2PO4- 都是酸。

Cl-、NH3 、HSO4-、SO42- 都是碱。

由此可见，在酸碱质子理论中，酸和碱不局限于分子，还可以是阴离子和阳离子。

根据酸碱质子理论，酸和碱不是孤立的酸给出质子之后就会生成碱，碱接受质子后生成酸。

表示为：酸?质子+碱

这种对应关系称之为共轭关系。方程右边的碱是方程左边酸的共轭碱，方程左边的酸是方程右边碱的共轭酸。酸的酸性越强，其共轭碱的碱性就越弱；酸的酸性越弱其共轭碱的碱性就越强。

1. 酸和碱可以是分子，也可以是阳离子或阴离子。

2. 有的离子在某一个酸碱共轭对中是酸，在另一个酸碱共轭对中却是碱。如HSO4-。

3. 在酸碱质子理论中，没有盐的概念，酸碱盐理论中的盐在酸碱质子理论中都是离子酸或离子碱。如，NH4Cl中的NH4+是离子酸，Cl-是离子碱。

二、氢是元素金属性和非金属性强弱的判断依据

氢元素的原子核外存在一个电子，在和其他物质反应的过程中，要么失去核外一个电子，生成H+，要么从外界获得一个电子，生成H-，成为2电子的稳定结构。氢原子的2电子特殊稳定结构，同8电子的稳定结构相比较，氢原子的核外1个电子相当于大多数原子的最外层4个电子，也就是第ⅣA族元素，这样看来，氢元素在周期表中的位置，置于第ⅣA族中丝毫不过分。但作为氢元素在周期表中为第ⅠA族，同时周期表中处于第ⅠA族中唯一的非金属元素，这有点“与众不同”，但周期表中确实如此，这是因为门捷列夫周期表反映的是原子结构、周期表中位置和元素性质三“位”一体的一一对应关系。

1. 氢原子失去1个电子生成H+，这一性质决定了它类似于金属元素，我们称之为类金属，主要表现在：常见金属活动顺序表中存在氢。

氢在该表中显示出“异类”，其实我们也明确氢在该表中起分界线的作用，氢以前的金属称之为活泼金属，氢之后的金属称之为不活泼金属。由此可见，氢在该顺序表中无疑是“金属”中的一员。在元素非金属性强弱的判断依据中，我们将元素单质和氢气反应生成氢化物的难易，以及生成氢化物的稳定性，来判断元素非金属性强弱的依据。

2. 氢原子得到1个电子生成H-，这一性质决定了它是非金属元素，主要表现在：

碱金属单质和氢气反应，生成相应的氢化物NaH 、 KH、 RbH、 CsH，这些氢化物都不稳定。这表现出氢的非金属性。

三、在氧化还原反应中，氢可作为标准电极去测定其他物质的电极电势，然后来判定一个氧化还原反应能否发生

1. 标准氢电极

将铂片表面上镀上一层多孔的铂膜（细粉状的铂），放入氢离子浓度为1.0mol/L的酸性溶液中，不断通入压力为103.3KPa（一个标准大气压）的氢气源，使铂膜电极吸附的氢达到饱和，这时存在以下平衡：

2H++2e-?H2

103.3KPa（一个标准大气压）的氢气饱和了的铂片和H+浓度为1.0mol/L的酸性溶液所产生的电势差，就是标准氢电极的电极电势。

2. 标准电极电动势

标准氢电极与其他各种标准状态下电极组成的原电池，标准氢电极在右边，用实验方法测得原电池的电动势，就是该电极的标准电动势。

3. 标准电极电势表的应用

判断氧化剂和还原剂的强弱，配平氧化还原方程式等。

4. 用标准电极电势判断氧化还原方向，同时求得氧化还原方程的平衡常数

总之，氢在化学教学中涉及到方方面面，不能尽述。在教学中我们只有透过这些现象揭示本质，才能掌握相应的基础知识和基本技能。

编辑：张 昀