一道化學(xué)課本習(xí)題的引申

【關(guān)鍵詞】化學(xué) 課本習(xí)題 引申

【中圖分類號】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）11B-0060-01

教材是教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)中使用的重要文本材料。我們遇到的一些疑難問題，其“原型”往往出自課本中的例題、習(xí)題。因此，在教學(xué)中我們不能就題論題，而要對問題作深入的研究，利用它們來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會舉一反三、觸類旁通，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性、廣闊性、靈活性、創(chuàng)造性。對此，本文以蘇教版《化學(xué)》（選修二）25頁的練習(xí)與“實(shí)踐3”為例加以說明，以激發(fā)大家研究課本的興趣。

[題目]使用食鹽、石灰石、氨可以制得純堿。其主要工藝過程是：

飽和的食鹽溶液在冷卻后通入足量的氨，然后再通入（加壓）二氧化碳，發(fā)生如下反應(yīng)：

將析出的碳酸氫鈉晶體鍛燒，分解得到碳酸鈉，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

在濾出碳酸氫鈉后的母液中加入石灰水，生成的氨可以重新利用，寫出發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

反應(yīng)的另一產(chǎn)物氯化鈣被棄掉，母液中食鹽的利用率只有70% 。候德榜先生經(jīng)過多年的摸索和實(shí)踐，在過濾出碳酸氫鈉后的母液中，不加石灰水，而是在降溫到t℃后加食鹽，利用低溫下氯化銨比氯化鈉溶解度更小的特點(diǎn)，使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶析出。加入的食鹽在連續(xù)循環(huán)操作中不斷被利用，使食鹽的利用率提高到96%。同時，析出的氯化銨又可作為化學(xué)肥料。請查閱有關(guān)溶解度數(shù)據(jù)，推測t的數(shù)值應(yīng)在什么范圍。

原題不難作答，從此題可引申出如下內(nèi)容：

一、綠色化學(xué)思想

本題所述內(nèi)容是歷史上兩種有名的制堿法，前者是索爾維法，后者是侯氏制堿法。

索爾維法涉及的反應(yīng)：

CaCO3 [高溫] CaO+CO2↑

CaO+H2O=Ca（OH）2

NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓

+NH4Cl

2NaHCO3 [△] Na2CO3+H2O+CO2↑

Ca（OH）2+2NH4Cl=CaCl2+2NH3↑+2H2O

將這五個反應(yīng)相加，消去CaO、Ca（OH）2、NaHCO3、NH4Cl、CO2、H2O，得到總反應(yīng)：

CaCO3+2NaCl=Na2CO3+CaCl2

氯化鈣最終作為廢物排放，原子利用率為×100%=48.8% 。

侯氏制堿法涉及的反應(yīng)：

NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl

2NaHCO3 [△] Na2CO3+H2O+CO2↑

總反應(yīng)為：

該法中碳酸鈉和氯化銨都是期望產(chǎn)物，原子利用率為100%。侯氏制堿真正實(shí)現(xiàn)了零排放，是理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，符合綠色化學(xué)思想。

二、平衡移動原理

濾出碳酸氫鈉后的母液的主要成分是氯化銨，當(dāng)然還有碳酸氫鈉。候德榜先生在析出晶體后的母液中加食鹽，增大c（Cl-），使沉淀溶解平衡NH4Cl（s） NH4+ （aq）+Cl-（aq）向左移動，利于氯化銨析出。其實(shí)，此時還應(yīng)通氨氣，增大c（NH4+），使氯化銨析出。而且通氨氣還有一個作用就是利用氨氣的堿性使溶液中的碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為溶解度大的碳酸鈉（HCO3-+NH3=NH4++CO32-），提高析出的氯化銨晶體的純度。事實(shí)上工業(yè)制硫酸用氨水處理尾氣SO2生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨后，再用液氨將亞硫酸氫銨轉(zhuǎn)化為亞硫酸銨也是利用了氨的堿性（HSO3-+NH3=SO32-+NH4+）。

三、結(jié)晶的方法

獲得晶體大致有以下幾種方法，可總結(jié)如下：

1.熔融態(tài)物質(zhì)凝固。如巖漿晶出。

2.凝華。

3.蒸發(fā)溶劑。適用于溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)，如提純混有少量硝酸鉀的氯化鈉的步驟：加水溶解，蒸發(fā)溶劑（有時要注意抑制水解），趁熱過濾，用冰水洗滌。

4.冷卻熱的飽和溶液。適用于溶解度隨溫度變化較大的物質(zhì)，如提純混有少量氯化鈉的硝酸鉀的步驟：用熱水溶解制成飽和溶液，降溫，過濾，冰水洗滌。

5.改變條件使沉淀溶解平衡移動。如候氏制堿。

6.加入極性較小的溶劑。如向硫酸銅溶液中加入過量的氨水，得到深藍(lán)色溶液，再加極性較小的溶劑（如乙醇），可析出[Cu（NH3）4]SO4·H2O。

近兩年高考試卷中考查此部分內(nèi)容的試題不勝枚舉，如2012年天津卷第9題考查原子利用率問題；2012年上海卷考查二氧化碳通入氨水析出晶體的問題及計算；2011年海南卷第20題考查氨堿法生產(chǎn)純堿，這兩題考查的知識和侯氏制堿原理類似；2012年江蘇卷第6、7題和2011年福建卷第23題以及2011年海南卷第17題都考查了由溶液蒸發(fā)獲得晶體的問題；2011年江蘇卷第19題考查從高氯酸銨和氯化鈉混合溶液中獲得高氯酸銨晶體的操作，其原理與提純硝酸鉀和氯化鈉的混合物原理相似。

課本內(nèi)容是高考命題的依據(jù)。新教材中有許多內(nèi)容如“活動·探究”“交流·研討”“觀察·思考”等都值得我們?nèi)ヌ骄?，是可以充分利用的寶貴教學(xué)資源。我們認(rèn)真研究課本，用好課本，就能使學(xué)生拓寬視野，加深對課本知識的理解，提高思維能力 ，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，在高考中取得更好的成績。（責(zé)編 王學(xué)軍）