一个离子反应实质的探究

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  笔者在讲授化学习题时,就有关离子方程式正误判断中的一个选项“铝粉投入溶解有烧碱的重水中:2Al+2OH-+2D2O=2AlO2-+H2↑+2D2↑”组织学生进行讨论时,出现了下面的情况。
  学生1:(很快就举手)师,这道题的答案是不是有问题?
  师:你说说看。
  学生1:事先我做了这道题,我认为这个反应的离子方程式应该是正确的,可是参考答案却不这样。
  师:怎么说?
  学生1:因为按照我们以前做过的类似题目,“铝粉投入到烧碱溶液中:2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑”,而这里只是把“H2O”换成了“D2O”,根据原子守恒定律,“铝粉投入溶解有烧碱的重水中:2Al+2OH-+2D2O=
  2AlO2-+H2↑+2D2↑”,就应该是正确的。
  师:很有道理!同学们怎么看这一问题?
  学生2:我不这么看。
  师:你怎么看?
  学生2:根据铝和烧碱溶液反应的实质。
  [师](调侃一下)看来都是有根有据的!
  学生2:(干脆跑到讲台上,边写边说)
  因为2Al — 6e-=2Al3+
  6D2O=6D++6OD-
  6D++6e-=3D2
  2Al3++6OD-=2Al(OD)3
  2Al(OD)3+2OH-=2AlO2-+H2O+
  3D2O(按原子守恒) ①
  所以整理得:2Al+2OH-+6D2O=
  2AlO2-+H2O+3D2O+3D2↑。最后化简得到:2Al+2OH-+3D2O=2AlO2-+ H2O+3D2↑。
  众生:好厉害哟!
  师生:(鼓掌)
  学生3:(稍后,举手示意)
  师:(示意大家安静)同学3有话要说。
  学生3:我既不同意这本书上的答案,也不完全赞成同学2的观点,并且有不同的结论。
  师生:(惊)
  师:(缓过神来)请说说。
  学生3:按照铝和烧碱溶液反应的实质进行分析,前面的四步,我与同学2想法完全一致,但对方程式①却不敢苟同。
  师:具体一点。
  学生3:(也走上讲台,边写边说)
  因为按照Al(OH)3=AlO2-+H+ +H2O,类推的话,应该有Al(OD)3 =AlO2-+D++D2O,从而有2Al(OD)3+ 2OH-=2AlO2-+2HOD+2D2O,所以最后整理得:2Al+2OH-+4D2O=2AlO2- +2HOD+3D2↑。
  众生:(一下子还不能完全理解)
  学生4:这一结果好像更合理啊。
  师:(带头鼓掌)真棒。
  学生5:(很快地)老师,好像还有问题!
  众生:(不理解地)不会吧!
  就像打开了潘多拉魔盒,问题一下子都出来了。
  师:那请你说来听听。
  学生5:(边说边写下了下面的一些式子)老师,我主要是还有下面的一些疑惑:
  
  ②Al(OD)3+OH-=
  AlO2-+HOD+D2O
  Al(OH)3+OD-=
  AlO2-+HOD+H2O
  Al(OD)(OH)2+OD-=
  
  学生5:(继续说着)所以我认为,针对“铝粉投入溶解有烧碱的重水中:2Al+2OH-+2D2O=2AlO2-+H2+2D2↑这个选项,其中所发生的离子反应是符合客观事实的,若就这样妄下结论的话,可能为时过早。
  众生:(迷惑→清白→更迷惑)
  师:(顿了顿)以上各位同学的观点都很有道理,有的是根据原子守恒得出的结论,有的是根据氧化还原反应的实质得出的结论,还有的是根据化学反应的机理受到的启示。你们真是太棒了!
  因为一定量物质间的反应不会瞬间完成,随着反应的进行,最初作为溶剂的重水变成了“D2O+HOD+H2O”,而且比例不定;而D2O、HOD、H2O的化学性质又是相同的(在这里主要是电离和氧化)。因而产生的气体中,既有H2又有D2,其体积比就不确定;最终参与反应的“D2O”的数目也不确定。看来这一离子反应的情况可能非常复杂。
  师:(最后说)欲弄清“铝粉投入溶解有烧碱的重水中所发生离子反应的实质”,尚需进一步探究!希望同学们发扬这种深入思考、敢于质疑的精神,这是当下创新中国最需要的!
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