中學化學教材中兩個工藝流程圖中的幾個疑問

為在中學化學中滲透STS（Science Technology and Society，科學、技術和社會）教育，蘇教版化學必修1中多處介紹了物質的工業生產流程。這些知識的引入，極大地拓寬了學生的視野，增強了學生將科學知識應用到社會生活中的意識。但是由于這些工藝流程圖缺少必要的文字說明，參考資料也語焉不詳，給很多老師的教學帶來了不便。現介紹幾個問題，供參考。

一

從海產品中提取碘的生產流程圖，如圖1（蘇教版化學必修1，專題2第一單元溴、碘的提取）：

圖1 從海帶中提取碘的流程

問題1：干海帶通過水的浸泡怎么能將其中的碘離子浸泡出來呢？

在日常的生活中，的確有可能是這樣，比如用水浸泡蔬菜，欲將其中的某些離子完全浸泡出來，顯然是不可能的。鑒于此，很多老師便將工業上提取海帶中的碘的工藝流程與實驗室中的制備過程混為一談，以為這里缺少了一個環節，于是上課的時候，便形而上學地加上了“將海帶燒成灰這個環節”。這在真正的工業生產中是完全不存在的。教材上的描述并沒有錯，造成對教材內容錯誤理解的原因一是生活經驗不足，二是對工業流程沒有經過認真研究，對浸泡的程度理解有偏差。

其實上述“不能將其中的離子浸泡出來”是基于這樣一種設定：浸泡時間可能是幾個小時甚或幾分鐘完成，因為覺得多數老師和同學受到中學化學實驗的影響，會形成這樣一種思維定勢。稍微有一些生活經驗的人或對農業生產了解的人都知道，農村里經常將綠色植物或枯草放在水中浸泡，一浸泡就是幾十天甚至幾個月，直到它們完全腐爛，然后施到田里去，這樣肥效快。工業上從海帶中提取碘，其實也經過這樣一個過程。現將海帶進行長時間浸泡，一直等到海帶完全腐爛掉，這樣有機物被分解了，無機的離子（包括I-在內）便從其中游離出來了。然后過濾濾去其中的難溶物，在通入氯氣將碘離子氧化也就順理成章。

問題2濾液中的碘為什么是通過過濾的方法分離呢？在前面學習中，碘水中的碘不是用萃取的方法分離的嗎？

在物質分離一段教學內容及相關的作業練習中，曾經多次接觸到如何提取碘水中碘的問題。比如用苯、四氯化碳萃取的現象及操作步驟、為什么不能用酒精萃取，等等，因此在部分老師和學生潛意識中碘水中的碘用萃取的方法是唯一正確的方法。那么工業上為什么可以過濾的方法獲取水中的碘的呢？

其實這個問題涉及的是萃取與過濾的本質差別問題。萃取分離的是溶液中的碘；過濾分離的確實以固體形式存在的碘。在工業上，濾液經過濃縮，碘離子濃度很大，這時通入足量的氯氣，便析出大量的碘單質。由于碘在水中的溶解度并不大，因此碘在水中以懸濁液的形式存在，這里是用過濾的方法而不是用萃取的方法得到碘。

如果老師在備課時根據萃取和過濾兩種分離方法的本質差別做深入分析，認真研究相關的工業生產過程，則理解這個問題不應該有很大難度。

二

從鋁土礦中制備鋁的工藝流程，如圖2（蘇教版化學必修1，專題3第一單元從鋁土礦中提取鋁）：

圖2 從鋁土礦制備鋁的工藝流程

問題1：工業上用NaOH溶液溶解鋁土礦（主要成分Al■O■），能否用酸來代替呢？

在中學化學中，Al■O■具有兩性，既能溶解于強酸又能溶解于強堿，從這個角度說似乎在工業上的確可以用鹽酸或硫酸等強酸溶解鋁土礦。不僅如此，則溶解相同物質的量的三氧化二鋁消耗的硫酸或鹽酸價格要比燒堿少很多，按說經濟效益是工藝設計首先要考慮的因素。但為什么教材當中偏偏用酸而不用堿呢？其實原因只有一個，那就是溶解鋁土礦是不可以用酸帶替代燒堿的。Al■O■主要有α型和γ型兩種晶體類型。γ型氧化鋁是氫氧化鋁在140-150℃的低溫環境下脫水制得，工業上也叫活性氧化鋁、鋁膠，這種氧化鋁具有兩性，化學反應活性較強。但鋁土礦中的氧化鋁通常是α型，不能溶解于水或強酸，只能溶解于堿。因此，不能用硫酸或鹽酸代替燒堿溶解鋁土礦。上述的知識當然已經超出了高中化學學習的要求，但教師不可不知道這個本質原因，因為只有這樣，才能高屋建瓴地處理和把握教材的內容，給那些充滿求知的心靈一個較為合理的回答。

問題2：鋁土礦溶解后得到的溶液中，是否有硅酸鈉溶液混入偏鋁酸鈉溶液？

中學化學學習中，二氧化硅可以與氫氧化鈉溶液反應生成硅酸鈉，而鋁土礦中的確含有硅酸鹽和二氧化硅，從這個角度說，的確在后面的溶液中會含有硅酸鈉雜質，通入二氧化碳氣體后，得到的固體時氫氧化鋁和硅酸的混合物，給后面的電解帶來不小麻煩。因此在很多人看來這個工藝流程是不正確的，或者至少是不完善的。于是不少老師上課對學生的疑問通常有這樣一些回答：“這里的鋁土礦是經過富集的，其中幾乎不含有硅酸鹽或二氧化硅”，“的確含有硅酸鹽夾在在里面，但是書上忽略了”，“書上的流程只是一個大略，沒有將細節的如其他的除雜過程一一列舉出來”，等等。

其實上述回答都是對真正的生產過程沒有深入的了解而對學生做的敷衍了事的回答，真正在工業生產中，偏鋁酸鈉溶液中是不可能有硅酸鈉或含量是極低的。就中學知識而言，硅酸鈉和偏鋁酸鈉這兩種強堿弱酸鹽是不可能發生反應的，但實際上工業生產中會利用它們之間的反應而除去雜質，比如從鋁土礦制備鋁的工藝流程中，當加入足量燒堿溶液時，生成的硅酸鈉便已經與一部分偏鋁酸鈉溶液形成鋁硅酸鹽的沉淀而去除了。方程式如下：

2Na■SiO■+2NaAlO■+2H■O=Na■Al■Si■O■↓+4NaOH

因此，在偏鋁酸鈉中通入二氧化碳后，沒有硅酸鈉溶液的干擾，自然得到的氫氧化鋁中也就不會有硅酸沉淀了。

其實在中學化學教材中還有很多這樣的知識點，不用說對學生，即使是對經過多年專業訓練的老師來說也很陌生。但金無足赤，人無完人，任何人都不可能對每個工業流程都很精通，理解都很透徹。況且，尤其在后喻文化時代的今天，學生知識面開闊程度及思維靈活程度可能超過老師，提出一些在老師意料之外的問題也屬于正常現象。只是遇到這種情況，老師最好不要回避，更不能用含糊的語言搪塞或是根據自己的知識做出錯誤的理解，而應該保持心靈的開放，主動學習，不斷充實自己，豐富自己的底蘊和內涵。雖然一桶水與一碗水的說法有很多不足，但就本學科而言，這種說法并非毫無道理。其次是面對學生提出的難以回答的問題，老師不能太愛面子，害怕自己的學科權威的形象被打破，而應真誠地對學生說“我再思考一下”，或“我再去與其他老師討論一下”等。如果這樣，學生就會理解，老師也不會因為敷衍而造成尷尬局面。