試劑和反應順序選擇的理論依據和實踐應用
——由一則氫氧化鋁制備問題引發(fā)的思考

王海富 陳 益

（南京市金陵中學 江蘇 南京 210005）

試劑和反應順序選擇的理論依據和實踐應用
——由一則氫氧化鋁制備問題引發(fā)的思考

王海富 陳 益

（南京市金陵中學 江蘇 南京 210005）

鋁與酸、堿反應順序不同，生成相同的氫氧化鋁時，消耗原料不同的原因是水的參加、離子電荷高低及雙水解反應等所致。

試劑和反應順序；理論依據；實踐應用

我們在高中化學教學中經常遇到下面這個問題：

用稀硫酸、氫氧化鈉和鋁為原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙三個學生分別用不同的途徑制備：

若要得到等量的Al（OH）3則 （ ）

A．三者消耗原料相同 B．甲消耗的原料最少

C．乙消耗的原料最少 D．丙消耗的原料最少

傳統(tǒng)分析：由于原料是Al、H2SO4、NaOH，所以，設生成1mol Al（OH）3，則：

故甲消耗原料最多，丙消耗原料最少，答案為D。

不少老師和學生都認可這種解釋和答案，而且很多教輔資料中也年復一年的把這個問題作為典型問題進行分析。那么，為何甲和乙方案中只是鋁和酸、堿反應順序不同，原料消耗就不一樣了呢？

1．題指的“消耗原料”僅局限于“酸堿消耗”

以1molAl為例來制備Al（OH）3進行分析：

按照甲方案，首先需要1．5molH2SO4作為氧化劑才能生成0．5molAl2（SO4）3，進而消耗3molNaOH，生成1molAl（OH）3。

按照乙方案，首先需要3molH2O作為氧化劑才能生成 1molNaAlO2，2Al＋2NaOH＋6H2O=2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O凈消耗1molNaOH和1．5molH2O。進而消耗0．5molH2SO4，生成1molAl（OH）3。也就是說甲消耗了酸和堿，而乙除了消耗酸堿外還消耗水。可見水也是乙方案中的原料之一。

傳統(tǒng)分析中所謂“原料消耗”僅局限于鋁、酸和堿的消耗，并沒有考慮水。

2．“反應順序”不同，“消耗酸堿”不同的原因

甲方案中將1molAl變成Al3＋（鋁元素為正三價），全靠H＋去氧化，而乙方案中1molAl變成AlO2－（鋁元素亦為正三價），全靠H2O去氧化，NaOH對Al與水的反應起促進作用。

可見甲和乙方案中酸和堿的消耗總量不同的主要原因是水做了氧化劑。

另外1molAl分別變成Al3＋、AlO2－，在與堿、酸反應生成Al（OH）3時，因離子電荷數不同，導致該過程中消耗的堿、酸的量也不同。

洞穿問題本質后，我們再來分析丙方案中酸、堿消耗為何在三種方案中最少：

丙方案中后兩步中均消耗了水；且最后一步通過雙水解反應生成Al（OH）3時，Al3＋和AlO2－之間雙水解可看做酸堿間的反應，從而使消耗的酸堿比甲、乙方案更少。

甲、乙、丙三個方案中消耗酸、堿的量不同的原因是水的參加、離子電荷高低和雙水解反應等原因綜合所致。這是用鋁制備氫氧化鋁中試劑和反應順序優(yōu)化選擇的理論依據。

教師如果僅僅問學生哪種方案消耗原料多還是少，結果只能是機械地訓練學生物質間的轉化關系。筆者認為這個問題除了讓學生熟悉物質間的轉化外，更應該啟發(fā)引導學生思考為什么順序不同（或者方案不一樣）就出現(xiàn)原料消耗的不同。當然我們在實際生活和工業(yè)生產中很少會用鋁去制備氫氧化鋁，上述問題也只具有理論分析和訓練學生思維的價值。但在工業(yè)生產氫氧化鋁時，工藝流程中（下圖，蘇教版必修1）涉及到原料和反應順序選擇的優(yōu)化，恰恰體現(xiàn)了上述理論思想。

從鋁土礦制備鋁的工藝流程中用堿溶法，先用堿溶液處理鋁土礦（Al2O3·2H2O），使難溶的Al2O3變?yōu)榭扇苄缘匿X酸鹽，產物變?yōu)槿芤汉螅吻暹^濾除去不溶性雜質，通入CO2，促使鋁酸鹽水解，得到Al（OH）3沉淀：

如果用酸溶法，一般用強酸如硫酸、鹽酸等。先用硫酸溶液處理鋁土礦，使難溶的Al2O3變?yōu)榭扇苄缘牧蛩猁}，再用堿沉淀得到Al（OH）3：

我們不難發(fā)現(xiàn)酸溶法消耗酸、堿的量要幾倍于堿溶法，將使生產成本顯著提高。可見不同工藝的本質差異正是因為離子電荷高低不同等因素，導致該過程中消耗的堿、酸的量也不同。

課堂教學中教師可能會用一些具體問題作為載體，從理論上啟發(fā)學生進行邏輯思辨的分析，但教師更應有意識、有目的地引導學生跳出機械的操作訓練的模式，激發(fā)學生從不同角度深入思考，引領學生在理論指導下追尋學科思想的真實性，提升學生思維和學以致用的實踐能力。

［1］ 陳益．高中化學單元教學設計的關鍵、核心和重點，2011，（2）：1－4

［1］ 戴建良，王海富．一道有關氫氧化鋁的習題的深度剖析［J］．化學教學，2012，（2）：67－68

1008-0546（2015）08-0089-02

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