探究化工流程題中碳酸氫鹽作沉淀劑的反應(yīng)原理

郝 緯

在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中我們總結(jié)出除雜問(wèn)題有以下幾種方法,例如,除去Ca2+可以加入可溶性碳酸鹽類(lèi)；除去Ba2+可以加入可溶性硫酸鹽類(lèi)；除去Cu2+、Fe3+可以將其轉(zhuǎn)化為氫氧化物．但往往到了化工流程題中,有不少考查內(nèi)容和學(xué)生所學(xué)知識(shí)有沖突,如下題:

題目(2019年全國(guó)卷Ⅲ,節(jié)選)高純硫酸錳作為合成鎳鈷錳三元正極材料的原料,工業(yè)上可由天然二氧化錳粉與硫化錳礦(還含F(xiàn)e、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素)制備,工藝流程如圖1所示．回答下列問(wèn)題:

圖1

寫(xiě)出“沉錳”的離子方程式________．

相信各學(xué)校一線教師都給學(xué)生練習(xí)過(guò)高考真題,但學(xué)生的答題情況并不盡如人意．對(duì)此,筆者詢問(wèn)過(guò)學(xué)生,學(xué)生的說(shuō)法不一而足．有下面幾類(lèi):

1)沒(méi)有學(xué)過(guò)錳的相關(guān)知識(shí),所以無(wú)從下手.

2)碳酸氫鹽都可溶,不能理解可溶性錳鹽與NH4HCO3為什么能夠反應(yīng).

3)類(lèi)似于侯氏制堿法,先生成溶解度較小的小蘇打,再加熱分解可獲得蘇打,故方程式分別為

但本題的流程中并沒(méi)有明顯的2個(gè)步驟,故此認(rèn)為說(shuō)法也不成立．

4)平時(shí)課外做題量較大,曾經(jīng)做過(guò)類(lèi)似的題目,因此做對(duì)了．

在“一核四層四翼”高考評(píng)價(jià)體系指導(dǎo)下,我們應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生具備一定的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力．筆者決定以這個(gè)問(wèn)題為契機(jī),用中學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的藥品,設(shè)計(jì)一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課,拓展學(xué)生思維深度和廣度,訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)的能力．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:

教師引導(dǎo)(以下簡(jiǎn)稱教師):請(qǐng)用所學(xué)知識(shí),預(yù)測(cè)NaHCO3和CaCl2能否發(fā)生反應(yīng)．

學(xué)生預(yù)測(cè)1：能反應(yīng)．

學(xué)生預(yù)測(cè)2：不能反應(yīng)．

教師:請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,根據(jù)濃度不同分組實(shí)驗(yàn),并對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

學(xué)生:查溶解性表配制藥品：1mol·L-1CaCl2溶液和1mol·L-1NaHCO3溶液(接近飽和).

1)各取1mL1mol·L-1CaCl2溶液和1mL1mol·L-1NaHCO3溶液，將兩種溶液混合.

2)將兩溶液均稀釋為0.1mol·L-1,再等體積混合．

教師: 如何證明沉淀的生成．

學(xué)生:靜置后吸出上層清液,再加水稀釋,沉淀不再溶解,說(shuō)明生成的沉淀是CaCO3．

教師: 如何驗(yàn)證反應(yīng)后溶液的成分．

學(xué)生:1)根據(jù)質(zhì)量守恒判斷肯定有NaCl.

2)用pH試紙測(cè)得pH約為5,說(shuō)明應(yīng)該生成弱酸性物質(zhì),根據(jù)元素守恒分析,可以判斷另一成分應(yīng)該為碳酸．

3)用酒精燈加熱上層清液,冷卻后再測(cè)量,pH升高,接近7,證明確實(shí)為碳酸．

教師:請(qǐng)寫(xiě)出CaCl2溶液和NaHCO3溶液反應(yīng)的離子方程式．能否從平衡常數(shù)角度分析該反應(yīng)發(fā)生的可能性．

Ka2=5.6×10-11．

該方程的平衡常數(shù)K=Ka2/(Ka1×Ksp)≈4.7×104.經(jīng)過(guò)計(jì)算,該反應(yīng)是可以進(jìn)行的．

通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)探究,學(xué)生對(duì)于工業(yè)上用碳酸氫鹽作為沉淀劑有了一個(gè)既直觀又有理論依據(jù)的認(rèn)識(shí)．有些學(xué)生會(huì)提出問(wèn)題,為什么不用碳酸鹽直接作為沉淀劑呢?我們可以就勢(shì)引導(dǎo)學(xué)生利用侯氏制堿法思考,原來(lái)工業(yè)上先獲得小蘇打,再高溫分解獲得蘇打,那么成本必定是小蘇打更低一些．

如何實(shí)現(xiàn)德才兼?zhèn)洹⑷姘l(fā)展的育人目標(biāo)一直是教師要思考的問(wèn)題．只有把學(xué)生的需求和社會(huì)的需求有機(jī)結(jié)合,從學(xué)生的實(shí)際學(xué)情分析出發(fā),拋棄刷題模式,調(diào)動(dòng)學(xué)生的動(dòng)手能力,綜合運(yùn)用沉淀原理、弱電解質(zhì)電離原理、水解原理等各種理論能力,才能助力學(xué)生學(xué)業(yè)減負(fù)增效及教育教學(xué)提質(zhì)達(dá)標(biāo)．