探究化工流程題中碳酸氫鹽作沉淀劑的反應(yīng)原理

郝 緯

在實驗復(fù)習(xí)中我們總結(jié)出除雜問題有以下幾種方法,例如,除去Ca2+可以加入可溶性碳酸鹽類；除去Ba2+可以加入可溶性硫酸鹽類；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)知識有沖突,如下題:

題目(2019年全國卷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．回答下列問題:

圖1

寫出“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)過高考真題,但學(xué)生的答題情況并不盡如人意．對此,筆者詢問過學(xué)生,學(xué)生的說法不一而足．有下面幾類:

1)沒有學(xué)過錳的相關(guān)知識,所以無從下手.

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有明顯的2個步驟,故此認(rèn)為說法也不成立．

4)平時課外做題量較大,曾經(jīng)做過類似的題目,因此做對了．

在“一核四層四翼”高考評價體系指導(dǎo)下,我們應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生具備一定的分析問題、解決問題的能力．筆者決定以這個問題為契機(jī),用中學(xué)實驗室常見的藥品,設(shè)計一節(jié)實驗探究課,拓展學(xué)生思維深度和廣度,訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力．實驗設(shè)計如下:

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

學(xué)生預(yù)測1：能反應(yīng)．

學(xué)生預(yù)測2：不能反應(yīng)．

教師:請設(shè)計實驗驗證,根據(jù)濃度不同分組實驗,并對比實驗現(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,說明生成的沉淀是CaCO3．

教師: 如何驗證反應(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試紙測得pH約為5,說明應(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,冷卻后再測量,pH升高,接近7,證明確實為碳酸．

教師:請寫出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)過計算,該反應(yīng)是可以進(jìn)行的．

通過以上實驗探究,學(xué)生對于工業(yè)上用碳酸氫鹽作為沉淀劑有了一個既直觀又有理論依據(jù)的認(rèn)識．有些學(xué)生會提出問題,為什么不用碳酸鹽直接作為沉淀劑呢?我們可以就勢引導(dǎo)學(xué)生利用侯氏制堿法思考,原來工業(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．

如何實現(xiàn)德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的育人目標(biāo)一直是教師要思考的問題．只有把學(xué)生的需求和社會的需求有機(jī)結(jié)合,從學(xué)生的實際學(xué)情分析出發(fā),拋棄刷題模式,調(diào)動學(xué)生的動手能力,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)．