第2课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝[学习目标定位] 1.根据氧化铝、氢氧化铝的物质类别，会分析其化学性质。
2.熟知Al3＋、AlO－2和Al(OH)3之间的相互转化。
3.了解从铝土矿提取铝的流程和原理。
一、氧化铝和氢氧化铝1．Al2O3是一种高硬度、高熔点、高沸点的化合物，常用于制造耐火材料，如耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。
Al2O3既能与强酸(如盐酸)反应，又能与强碱(如NaOH溶液)反应，是一种两性氧化物。
(1)与盐酸反应的化学方程式是Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O，离子方程式是Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O。
(2)与NaOH溶液反应的化学方程式是Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，离子方程式是Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2O。
2．按要求完成下列实验(1)在试管中加入10 mL 0.5 mol·L－1的Al2(SO4)3溶液，逐滴加入稀氨水至过量，观察到的实验现象是产生白色胶状沉淀。
反应的化学方程式是Al2(SO4)3＋6NH3·H2O===2Al(OH)3↓＋3(NH4)2SO4，离子方程式是Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4。
(2)将实验(1)所得的悬浊液一分为二，向其一支试管中逐滴滴入稀盐酸，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O。
另一支试管中逐滴滴入NaOH溶液，观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解，得到澄清溶液，反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH －===AlO －2＋2H 2O 。
(3)向实验(2)中加入NaOH 溶液的试管中通入足量CO 2，观察到的现象为生成白色沉淀，化学方程式为NaAlO 2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3。
1.两性化合物既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的化合物，Al 2O 3为两性氧化物，Al(OH)3为两性氢氧化物。
2．Al(OH)3难溶于水，为白色胶状沉淀。
3．氢氧化铝不稳定，受热易分解，化学方程式是2Al(OH)3=====△Al 2O 3＋3H 2O 。
4．实验室由Al 2(SO 4)3或AlCl 3制备Al(OH)3，应选用氨水，而不选用NaOH 溶液。
提醒 (1)Al 2O 3、Al(OH)3不能与NH 3·H 2O 等弱碱反应，也不能与H 2CO 3等很弱的酸反应。
(2)Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力，它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降，从而达到净水的目的。
【例1】 下列说法正确的是( )A ．Al 2O 3难溶于水，不跟水反应，所以它不是Al(OH)3对应的氧化物B ．因为Al 2O 3是金属氧化物，所以它是碱性氧化物C ．Al 2O 3能跟所有的酸、碱溶液反应D ．Al 2O 3能跟强的酸、碱溶液反应 答案 D解析 Al 2O 3虽然难溶于水，但是2Al(OH)3=====△Al 2O 3＋3H 2O ，Al 2O 3和Al(OH)3中Al 的化合价相同，所以Al 2O 3是Al(OH)3对应的氧化物；金属氧化物与碱性氧化物是两个不同的概念，二者没有必然的联系；Al 2O 3是两性氧化物，Al 2O 3与酸、强碱反应，与弱碱不反应。
易误提醒两性物质与物质的两性不同，两性物质是既能与酸反应生成盐和水，又能和碱反应生成盐和水，如Al 2O 3、ZnO 、Zn(OH)2、Al(OH)3等，物质的两性：如弱酸的酸式盐(NaHCO 3等)既能与强酸反应，又能与强碱反应，但只能说这些物质有两性，不能将它们称为两性物质。
【例2】 以氧化铝为原料制取氢氧化铝，合理的方法是( ) A ．将氧化铝溶于水 B ．将氧化铝溶于氨水C ．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液D ．将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液中，之后通入二氧化碳 答案 D解析 以Al 2O 3为原料制取Al(OH)3，有两条途径：Al 2O 3＋H ＋―→Al 3＋―→Al(OH)3，Al 2O 3＋OH－―→AlO－2―→Al(OH)3。
因Al(OH)3可溶于强酸、强碱，故应选用Al 3＋与弱碱反应或AlO－2与弱酸反应。
知识拓展Al(OH)3的三种制备方法(1)用铝盐和氨水制备Al(OH)3，不选用强碱(如NaOH)溶液，是由于Al(OH)3溶于强碱溶液，而不溶于弱碱(如氨水)溶液。
(2)溶液中AlO－2―→Al(OH)3最好通入CO2，而不选用强酸，是由于Al(OH)3溶于强酸，而不溶于较弱的酸(如H2CO3)。
二、铝离子、偏铝酸根之间的相互转化按要求完成下列实验：(1)向AlCl3溶液中加入过量的NaOH溶液，最后所得溶液中含有NaAlO2、NaCl、NaOH(填溶质化学式)。
(2)把上述溶液分成两份，向其中一份中逐滴加入盐酸至过量，观察到的现象是先产生白色沉淀，后又溶解，得到澄清溶液。
反应的离子方程式为H＋＋OH－===H2O、AlO－2＋H＋＋H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O；向另一份中通入过量的CO2气体，观察到的现象是产生白色沉淀，反应的离子方程式为OH－＋CO2===HCO－3、CO2＋AlO－2＋2H2O===HCO－3＋Al(OH)3↓。
归纳总结1．铝元素的化合态主要以三种形式存在，即Al3＋、AlO－2和Al(OH)3，它们之间能相互转化。
2．由NaAlO2溶液制备Al(OH)3，应通入CO2气体，而不加入强酸。
3．向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液和向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸的比较。
提醒 向AlCl 3溶液中加NaOH 溶液和向NaAlO 2溶液中加盐酸，计算生成Al(OH)3沉淀的量时，有两种情况，即碱(酸)不足和碱(酸)过量，如上图中所示，计算时要注意讨论分析。
【例3】 向用盐酸酸化过的AlCl 3溶液中逐滴滴入NaOH 溶液，图中能正确表示这个反应的是( )答案 D解析 向AlCl 3溶液中逐滴滴入NaOH 溶液，先生成白色沉淀，再加入NaOH 溶液，沉淀逐渐溶解，最后完全消失，生成1 mol Al(OH)3需3 mol NaOH ，溶解1 mol Al(OH)3需1 mol NaOH 。
NaOH 的用量应是3∶1，A 、B 错误，用盐酸酸化过的AlCl 3溶液中含有酸，加入NaOH 溶液先中和溶液中的酸，然后才生成Al(OH)3沉淀，故C 也是错误的。
【例4】 向50 mL 1 mol·L －1的Al 2(SO 4)3溶液中加入100 mL KOH 溶液，充分反应得到3.9 g 沉淀，求KOH 溶液的物质的量浓度。
答案 1.5 mol·L －1或3.5 mol·L －1。
解析 方法一：根据Al 3＋的物质的量与沉淀Al(OH)3的物质的量比较可推测KOH 的两种情况：①加入氢氧化钾不足量时，n (KOH)＝3n [Al(OH)3]＝3×3.9 g78 g·mol－1＝0.15 mol ，c (KOH)＝0.15 mol 0.1 L＝1.5 mol·L －1。
②当Al(OH)3部分溶解时，n (KOH)＝4n (Al 3＋)－n [Al(OH)3]＝0.4 mol－0.05 mol ＝0.35 mol ，c (KOH)＝0.35 mol 0.1 L＝3.5 mol·L －1。
方法二：用图像法求解。
如下图所示，当生成沉淀0.05 mol 时，①需KOH 0.15 mol ；②需KOH 0.35 mol 。
思维启迪1．已知Al 3＋和OH －的物质的量，计算Al(OH)3 的物质的量解题思路(1)计算n (OH －)n (Al 3＋)的比值，判断反应产物。
(2)根据反应原理或守恒关系列式计算。
2．已知Al 3＋和Al(OH)3的物质的量计算OH －的物质的量解题思路 (1)若n (Al 3＋)＞n [Al(OH)3]，n (OH －)＝3n [Al(OH 3)]； (2)若n (Al 3＋)＜n [Al(OH)3]，则有两种情况： ①n (OH －)不足，n (OH －)＝3n [Al(OH)3]；②n (OH －)过量：n (OH －)＝3n [Al(OH)3]＋4{n (Al 3＋)－n [Al(OH)3]}＝4n (Al 3＋)－n [Al(OH)3]。
三、从铝土矿中提取铝 1．铝的存在(1)含量：铝元素是地壳中含量最多的金属元素。
(2)存在：地壳中铝以化合态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是Al 2O 3。
2．从铝土矿制备铝的工艺流程如下图所示：写出上图中反应的化学方程式： Al 2O 3＋2NaOH===2NaAlO 2＋H 2O ；NaAlO 2＋CO 2＋2H 2O===Al(OH)3↓＋NaHCO 3； 2Al(OH)3=====△Al 2O 3＋3H 2O ； 2Al 2O 3=====通电4Al ＋3O 2↑。
1.Al 2O 3是一种高熔点的化合物，为了降低能耗，工业上加入冰晶石(Na 3AlF 6)，使Al 2O 3在1 000 ℃熔融，以降低铝的冶炼成本。
2．电解法制铝是采用高熔点的Al 2O 3，而不用熔点低很多的AlCl 3，是因为AlCl 3在熔融状态时不电离、不导电。
3．酸化时用过量CO2，使NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀，不能用强酸酸化，因为过量的强酸能使Al(OH)3溶解。
【例5】下图所示是从铝土矿(主要成分是Al2O3，含Fe2O3、SiO2等杂质)中提取氧化铝的工艺流程之一。
已知：SiO2能和氢氧化钠反应，不和盐酸反应。
回答下列问题：(1)用盐酸溶解铝土矿后，所得溶液中的阳离子有____________________________。
(2)固体A的主要成分是______________。
(3)进行步骤Ⅱ时，为了达到分离要求，加入的NaOH应该____________________________。
(4)进行步骤Ⅲ时，一般通入过量CO2，其反应的化学方程式是__________________________ ________________________________________________________________________。
(5)溶液X和盐酸反应的离子方程式为_____________________________________________ ________________________________________________________________________。
![【配套K12】[学习]2018-2019学年高中化学 专题3 从矿物到基础材料专题小结与测评学案 苏](https://img.taocdn.com/s1/m/0e70ed04915f804d2b16c1da.png)
