在听课、新教材培训和老师们的交流中常常遇到两个有关铝土矿提纯教学内容处理的两个问题:一是在用碱溶法处理铝土矿时,矿石中的SiO2、杂质是否能被溶解转化为偏硅酸钠,并
和偏铝酸钠一样转入溶液?二是为什么苏教版教材要在讲解氧化铝、氢氧化铝两性知识之前就介绍碱溶法处理铝土矿的工业生产流程,这是否违背教学的逻辑顺序、增加了教学难度?
问题1,可以从从铝土矿制取Al2O3的拜耳法工艺中得到解决。如下列工艺资料的介绍:
“铝土矿一般含40%~70%(质量分数)的Al2O3,另含SiO2、Fe2O3、TiO2及少量CAO、MgO及微量Ga、V、P、V、Cr等杂质。以Al2O3在矿物存在形态分为:三水铝石(Al2O3·3H2O),一水软铝石,一水硬铝石(分子式均为Al2O3.H2O)。碱溶法的原理是:
Al2O3·3H2O(或Al2O3·H2O)+NaOH→(浸出/分解)NaAl(OH)4+赤泥→(晶种分解/蒸发、苛化)Al2(OH)3→(煅烧)Al2O3。
在氧化铝生产中占绝对优势的拜耳法工艺流程原理如下:
1
铝土矿的浸出——浸出母液的主要成份是NaOH。主要反应:
1)氧化铝
Al2O3·nH2O+2NaOH→2NaAlO2+nH2O
2)二氧化硅:SiO2+2NaOH→Na2SiO3+H2O
2Na2SiO3+2NaAlO2+4H2O→Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O↓+4NaOH
3) 氧化铁:以固相直接进入残渣,呈红色。
4)
二氧化钛:TiO2+2Ca(OH)2→2CaOTiO2·2H2O
直接进入赤泥中
5)
碳酸盐:主要有CaCO3+2NaOH→Na2CO3+Ca(OH)2
MgCO3+2NaOH→Na2CO3+Mg(OH)2
由铝土矿在NaOH溶液中高压溶出的Al2O3水合物进入溶液,SiO2、Fe2O3、TiO2及反应物留在赤泥中(赤泥为铝矿中其他成分与碱液发生作用后的产物),再借助机械方法使溶液与残渣分开,以达到Al2O3与杂质分离。
铝土矿浸出是利用由若干预热器、压煮器和自蒸发器依次串联成的压煮器组来连续作业完成的。
………”
(其他内容从略)
问题2
涉及教材对教学内容处理的思路。有关化学原理及其在生产或生活实际应用的教学内容,在教材和教学设计的处理上,传统的思路是先讲原理,再介绍应用。另一种思路是先让学生看看实际应用,再说明这种应用的化学原理。
在苏教版教材编写、修订过程中两种思路都采用过,最终决定后一种思路。其意图是:先简单介绍实际生产中(碱溶法)是怎样把含杂质的铝土矿提纯的,让学生看到用原有知识难以解释的事实:属于金属氧化物的氧化铝可以溶解于强碱,得到一种未曾认识的盐(偏铝酸钠);这种盐又能转化为氢氧化铝。三个在生产中得到应用的化学反应,用已学知识难以解释,到底是怎么发生的?该怎样理解?以此造成学生的认知冲突,萌发学习探求的欲望。而后,通过实验和讲解逐步认识氧化铝、氧化铝的两性,认识偏铝酸钠),了解这种盐和氢氧化铝的转化关系,扩大并更新知识结构。
两种设计思路都有它的道理,设计出发点不同。
苏教版教材的处理,着眼于问题情景设计,着眼于让学生从生产、生活实际中发现新的事实(知识),引起学习新知识的欲望。在教学中,要理解这种处理的思路,在生产流程介绍中,只能介绍、引出问题、造成悬念,避免花时间讲解其中原理;而在后续教学中来学习新知识、解决问题。按这种思路设计的教学,习惯与传统教学思路的教师和学生会觉得别扭。运用的好,学生为解决问题而学习新知识,目的和效果都是不错的。
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