试剂和反应顺序选择的理论依据和实践应用——由一则氢氧化铝制备问题引发的思考

王海富 陈 益

（南京市金陵中学 江苏 南京 210005）

试剂和反应顺序选择的理论依据和实践应用
——由一则氢氧化铝制备问题引发的思考

王海富 陈 益

（南京市金陵中学 江苏 南京 210005）

铝与酸、碱反应顺序不同，生成相同的氢氧化铝时，消耗原料不同的原因是水的参加、离子电荷高低及双水解反应等所致。

试剂和反应顺序；理论依据；实践应用

我们在高中化学教学中经常遇到下面这个问题：

用稀硫酸、氢氧化钠和铝为原料制取Al（OH）3，甲、乙、丙三个学生分别用不同的途径制备：

若要得到等量的Al（OH）3则 （ ）

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

传统分析：由于原料是Al、H2SO4、NaOH，所以，设生成1mol Al（OH）3，则：

故甲消耗原料最多，丙消耗原料最少，答案为D。

不少老师和学生都认可这种解释和答案，而且很多教辅资料中也年复一年的把这个问题作为典型问题进行分析。那么，为何甲和乙方案中只是铝和酸、碱反应顺序不同，原料消耗就不一样了呢？

1．题指的“消耗原料”仅局限于“酸碱消耗”

以1molAl为例来制备Al（OH）3进行分析：

按照甲方案，首先需要1．5molH2SO4作为氧化剂才能生成0．5molAl2（SO4）3，进而消耗3molNaOH，生成1molAl（OH）3。

按照乙方案，首先需要3molH2O作为氧化剂才能生成 1molNaAlO2，2Al＋2NaOH＋6H2O=2NaAlO2＋3H2↑＋4H2O净消耗1molNaOH和1．5molH2O。进而消耗0．5molH2SO4，生成1molAl（OH）3。也就是说甲消耗了酸和碱，而乙除了消耗酸碱外还消耗水。可见水也是乙方案中的原料之一。

传统分析中所谓“原料消耗”仅局限于铝、酸和碱的消耗，并没有考虑水。

2．“反应顺序”不同，“消耗酸碱”不同的原因

甲方案中将1molAl变成Al3＋（铝元素为正三价），全靠H＋去氧化，而乙方案中1molAl变成AlO2－（铝元素亦为正三价），全靠H2O去氧化，NaOH对Al与水的反应起促进作用。

可见甲和乙方案中酸和碱的消耗总量不同的主要原因是水做了氧化剂。

另外1molAl分别变成Al3＋、AlO2－，在与碱、酸反应生成Al（OH）3时，因离子电荷数不同，导致该过程中消耗的碱、酸的量也不同。

洞穿问题本质后，我们再来分析丙方案中酸、碱消耗为何在三种方案中最少：

丙方案中后两步中均消耗了水；且最后一步通过双水解反应生成Al（OH）3时，Al3＋和AlO2－之间双水解可看做酸碱间的反应，从而使消耗的酸碱比甲、乙方案更少。

甲、乙、丙三个方案中消耗酸、碱的量不同的原因是水的参加、离子电荷高低和双水解反应等原因综合所致。这是用铝制备氢氧化铝中试剂和反应顺序优化选择的理论依据。

教师如果仅仅问学生哪种方案消耗原料多还是少，结果只能是机械地训练学生物质间的转化关系。笔者认为这个问题除了让学生熟悉物质间的转化外，更应该启发引导学生思考为什么顺序不同（或者方案不一样）就出现原料消耗的不同。当然我们在实际生活和工业生产中很少会用铝去制备氢氧化铝，上述问题也只具有理论分析和训练学生思维的价值。但在工业生产氢氧化铝时，工艺流程中（下图，苏教版必修1）涉及到原料和反应顺序选择的优化，恰恰体现了上述理论思想。

从铝土矿制备铝的工艺流程中用碱溶法，先用碱溶液处理铝土矿（Al2O3·2H2O），使难溶的Al2O3变为可溶性的铝酸盐，产物变为溶液后，澄清过滤除去不溶性杂质，通入CO2，促使铝酸盐水解，得到Al（OH）3沉淀：

如果用酸溶法，一般用强酸如硫酸、盐酸等。先用硫酸溶液处理铝土矿，使难溶的Al2O3变为可溶性的硫酸盐，再用碱沉淀得到Al（OH）3：

我们不难发现酸溶法消耗酸、碱的量要几倍于碱溶法，将使生产成本显著提高。可见不同工艺的本质差异正是因为离子电荷高低不同等因素，导致该过程中消耗的碱、酸的量也不同。

课堂教学中教师可能会用一些具体问题作为载体，从理论上启发学生进行逻辑思辨的分析，但教师更应有意识、有目的地引导学生跳出机械的操作训练的模式，激发学生从不同角度深入思考，引领学生在理论指导下追寻学科思想的真实性，提升学生思维和学以致用的实践能力。

［1］ 陈益．高中化学单元教学设计的关键、核心和重点，2011，（2）：1－4

［1］ 戴建良，王海富．一道有关氢氧化铝的习题的深度剖析［J］．化学教学，2012，（2）：67－68

1008-0546（2015）08-0089-02

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