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《从铝土矿到铝合金》讲义一、引言铝，作为我们日常生活中常见的金属，从飞机制造到日常的锅碗瓢盆，都能看到它的身影。
但你是否想过，这看似普通的铝合金是如何从深埋地下的铝土矿一步步转变而来的呢？接下来，让我们一起揭开这神秘的面纱。
二、铝土矿铝土矿是铝在自然界中最主要的存在形式。
它是一种以三水铝石、一水铝石或勃姆石等铝的氢氧化物为主要成分，并包含高岭石、蛋白石、赤铁矿等杂质的矿石。
铝土矿的形成与地理环境密切相关。
在炎热潮湿的气候条件下，岩石中的铝经过长期的风化、淋滤和沉积作用，逐渐富集形成铝土矿矿床。
世界上铝土矿资源丰富的地区主要有澳大利亚、几内亚、巴西等地。
三、从铝土矿提取氧化铝要将铝土矿转变为铝合金，首先需要提取其中的氧化铝。
这一过程通常包括拜耳法和烧结法。
拜耳法是目前应用最广泛的方法。
它的基本原理是利用氢氧化钠溶液在高温高压下溶解铝土矿中的氧化铝，生成铝酸钠溶液。
然后，通过降温、稀释等操作，使氧化铝以氢氧化铝的形式析出。
烧结法则是将铝土矿与碳酸钠、石灰等混合，在高温下烧结，使其中的氧化铝转变为可溶于水的铝酸钠，然后再进行后续的处理。
在实际生产中，往往会根据铝土矿的成分和特点，选择合适的提取方法，或者将两种方法结合使用，以提高氧化铝的提取效率和纯度。
四、氧化铝电解制铝得到了纯净的氧化铝之后，接下来就是通过电解的方法制取金属铝。
电解槽是电解过程的核心设备。
在电解槽中，氧化铝溶解在熔融的冰晶石（一种助熔剂）中，形成电解质。
当直流电通过电解质时，氧化铝在阴极被还原为金属铝，而在阳极则产生氧气。
电解过程需要消耗大量的电能，因此降低电解能耗一直是铝工业的重要研究方向。
同时，为了保证电解的顺利进行，对电解质的成分、温度、电流密度等条件都需要进行严格的控制。
五、铝合金的制备有了纯铝之后，就可以通过添加其他元素来制备铝合金，以改善铝的性能。
常见的合金元素有铜、镁、锌、硅等。
这些元素的加入可以提高铝的强度、硬度、耐腐蚀性等性能。
专题3 第一单元 从铝土矿到铝合金第1课时 从铝土矿中提取铝 铝的氧化物与氢氧化物一、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________的金属元素。
(2)存在：地壳中铝以______态存在于铝土矿中，铝土矿的主要成分是__________。
2．从铝土矿中提取铝的工艺流程及反应： (1)工艺流程(2)有关反应①碱溶：_______________________________________________________________； ②酸化：________________________________________________________________； ③灼烧：________________________________________________________________； ④电解：_______________________________________________________________。
二、氧化铝 1．物理性质2.化学性质Al 2O 3是________氧化物，与________或________溶液都能反应生成盐和水。
(1)与强酸反应的离子方程式：_____________________________________________。
(2)与强碱反应的离子方程式：_____________________________________________。
3．用途(1)冶炼金属________的原料； (2)良好的________材料。
三、氢氧化铝1．Al(OH)3的制备与性质探究3既能跟______溶液起反应，又能跟______溶液起反应，是一种________氢氧化物。
3．Al(OH)3的用途利用Al(OH)3的________来中和过多的胃酸。
4．Al(OH)3的不稳定性：_________________________________________________。
专题三 从矿物到基础材料第一单元 从铝土矿到铝合金一、从铝土矿中提取铝（一）氧化铝（Al 2O 3）氧化铝是一种高沸点（2980℃）、高熔点（2054℃）、高硬度的白色化合物，常用作耐火材料。
刚玉的主要成分是α－氧化铝，硬度仅次于金刚石。
1.与碱的反应（与强碱NaOH ）Al 2O 3+2NaOH ＝2NaAlO 2+ H 2O2.与强酸的反应（H 2SO 4）Al 2O 3+3H 2SO 4＝Al 2（SO 4）3+3H 2O3.两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。
知识拓展1.偏铝酸钠（NaAlO 2）的性质（1）往偏铝酸钠溶液中通入CO 2 NaAlO 2+CO 2+2H 2O=Al （OH ）3↓+NaHCO 3产生白色絮状沉淀，通入过量的CO 2，沉淀不溶解。
（2）往偏铝酸钠溶液中加HCl NaAlO 2+ HCl+H 2O=Al （OH ）3↓+NaClAl （OH ）3+3 HCl ＝AlCl 3+3H 2O 加入少量盐酸，生成白色絮状沉淀，继续加入盐酸至过量，白色沉淀溶解。
2.氯化铝（AlCl 3）的性质（1）往氯化铝溶液中通入氨气AlCl 3+3NH 3+3H 2O= Al （OH ）3↓+3NH 4Cl 产生白色絮状沉淀，通入过量的NH 3，沉淀不溶解。
（2）往氯化铝溶液中逐滴加氢氧化钠溶液AlCl 3+ 3NaOH ＝Al （OH ）3↓+3NaClAl （OH ）3+ NaOH ＝NaAlO 2+2 H 2O加入少量NaOH 溶液，产生白色絮状沉淀，继续加入NaOH 溶液至过量，白色沉淀溶解。
（二）铝土矿中提取铝制取金属铝的流程图如下：流程图中所涉及到的化学反应：1. Al 2O 3+2NaOH ＝2NaAlO 2+ H 2O2. NaAlO 2+CO 2+2H 2O=Al （OH ）3↓+NaHC O 33.2 Al （OH ）3Al 2O 3+3H 2O4.2 Al 2O 3 4Al+3O 2↑电解 冰晶石二、铝的性质及应用（一）铝的存在自然界中铝以化合态存在。
铝的主要存在形式有：铝土矿（Al2O3·nH2O），铝元素占地壳总量的7.45％，是地壳中含量最多的金属元素。
（二）铝的性质1.物理性质铝有良好的导电性（居金属第三，最好的是银），传热性和延展性。
铝合金强度高，密度小，易成型，有较好的耐腐蚀性。
2.化学性质（1）与酸反应：一般与强酸反应（例如盐酸；稀硫酸等）2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑（2）与碱反应：一般与强碱反应（例如：NaOH；KOH；Ba（OH）2等）2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑（3）与浓硝酸、浓硫酸的反应：在常温下，铝遇到浓硝酸、浓硫酸会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化；在加热的条件下可以发生反应。
（4）与某些盐溶液反应：铝的金属活动性比较强，可以跟不少的金属盐溶液发生置换反应（如：CuCl2、AgNO3等）2Al+3CuCl2＝3Cu+2 AlCl3（5）与某些金属氧化物反应（铝热反应）Fe2O3+2Al2Fe+ Al2O3（铝热反应用途①冶炼稀有金属②野外焊接铁轨。
）（三）铝的应用1.用于电器设备和做高压电缆2.是重要的反光材料3.野外焊接铁轨4.铝合金是制造飞机的理想材料。
三、规律总结例题解析：例1．（1）100 mL 1 mol ·L -1的AlCl 3溶液与60 mL 6 mol ·L -1的KOH 溶液混合后，生成沉淀的质量是_______g 。
（2）若在200 mL 0.5 mol ·L -1的Al 2(SO 4)3溶液中加入2 mol ·L -1的NaOH 溶液，可得到7.8 g Al(OH)3沉淀，则NaOH 溶液的体积为_________mL 。
解：（1）n(Al 3+)=0.1 L × 1 mol ·L -1=0.1 mol n(OH -)=0.06 L × 6 mol ·L -1=0.36 molAl 3+ ~ 3OH - ~ Al(OH)3 Al(OH)3 ~ OH - ~ AlO 2-1 3 1 1 10.1 0.3 0.1 (生成) 0.06 0.36-0.3(继续溶解) ∴n(Al(OH)3)=0.1 mol －0.06 mol=0.04mol∴mAl(OH)3=78 g/mol × 0.04 mol=3.12g（2）n(Al(OH)3)= =0.1moln(Al 3+)=0.2L×0.5mol/L×2=0.2mol画出NaOH 溶液滴入Al 2(SO 4)3溶液中生成沉淀的图像。
∵Al 3++3OH -=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH -=AlO 2-+2H 2O∴当NaOH 溶液刚滴入Al 2(SO 4)3中，立即生成沉淀，n(OH -)=3n(Al 3+)=0.6mol 时，沉淀量最大，n(Al(OH)3)=0.2mol ；随着NaOH 溶液继续滴加，溶液中无Al 3+，Al(OH)3与过量NaOH 生成NaAlO 2而溶解，当过量n(NaOH)=n(Al 3+)时，Al(OH)3完全溶解。
由图可知：当n(Al(OH)3)=0.1 mol 时，对应2个NaOH 值。
a=0.3mol (NaOH 不足)V NaOH== =0.15L=150mLb=0.7mol (NaOH 过量)V NaOH= =0.35L=350mL例2． 向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量的变化曲线图（如图），请指出A 、B 两点的意义 ，OA 与AB 段发生反应的离子方程式。
解析：本题要求能够在熟练掌握Al 3＋与OH ―反应的基础上，充分对化学反应的本质有清楚的认识。
明矾KAl(SO 4)2·12H 2O 在水溶液中存在下面的电离方式：KAl(SO 4)2=K ＋+Al 3＋+2SO 42―，加入Ba(OH)2后，Ba 2＋要和SO 42―生成BaSO 4沉淀，Al 3＋要和OH ―先生成沉淀Al(OH)3，随着Ba(OH)2的加入Al(OH)3又要和OH ―生成AlO 2―溶解，所以要全面考虑本题中所给的各离子之间的关系，在开始加入Ba(OH)2时BaSO 4和Al(OH)3同时沉淀，当Al 3＋全部沉淀时，Ba 2＋还没有完全沉淀，而当Ba 2＋全部沉淀时，Al 3＋转变n（沉淀）A B n[Ba(OH)2]成了AlO2―。
答案：A点表示生成的全部Al(OH)3和部分BaSO4沉淀，B 点表示此时的沉淀全部为BaSO4。
OA段的离子方程式为：Al3＋+3OH―=Al(OH)3↓Ba2＋+SO42―=BaSO4↓，AB段的离子方程式为：Al(OH)3+OH―=AlO2―。
一．选择题1．将钠、镁、铝各0.3 mol分别放入100 mL 1mol·L-1的盐酸中，同温同压下产生的气体体积比是A、1︰2︰3B、6︰3︰2C、3︰1︰1D、1︰1︰12. 铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为A．3:1 B．2:1 C．1:1 D．1:33．将表面已完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是A．稀硝酸B．稀盐酸C．硝酸铜D．氢氧化钠4．把Ba(OH)2溶液滴入明矾溶液中，使SO42－全部转化为BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是A、Al3+B、Al(OH)3C、AlO2－D、Al3+和Al(OH)35．铝合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。
下列与这些用途无关的性质是A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．强度高6．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5︰6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是A 甲、乙中都是铝过量B 甲中铝过量、乙中碱过量C 甲中酸过量、乙中铝过量D 甲中酸过量、乙中碱过量7．某些化学试剂可用于净水。
水处理中使用的一种无机高分子混凝剂的化学式可表示为[Al2(OH)n Cl m·yH2O]X，式中m等于A．3-n B．6-n C．6+n D．3+n8．铝热剂中铝的作用是A．催化剂B．氧化剂C．还原剂D．填充剂9．将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8 L（标准状况），原混合物的质量可能是A.2ｇB.4ｇC.8ｇD.10ｇ10．甲、乙两烧杯中各盛放有100 mL 3 mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为甲∶乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g二．填空题11．请写出下列反应的离子方程式①金属铝溶于盐酸中。
②铝片与氢氧化钠溶液反应。
③氢氧化铝与足量盐酸反应。
④氯化铝溶液中加入过量氨水。
12．为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。
⑴若取a g样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为b L。
反应的化学方程式是_______________________________________________________________。
样品中铝的质量是________________g。
⑵若取a g样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是：______________________________，氧化铁和铝的质量比是_______________。
⑶待⑵中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为c L，该气体与⑴中所得气体的体积比c: b=__________________13．铝土矿中常含有少量的SiO2和Fe2O3，写出实验室由铝土矿制取纯净Al2O3时需加入的试剂和反应方程式：(1) 加过量，过滤除去沉淀，方程式为，.(2) 加过量，过滤除去，方程式为，.(3) 通入过量，过滤得到，方程式为.(4) 煅烧可以得到纯净的Al2O3，方程式为. 14．某混合物A，含有KAl(SO4)2、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：据此判断：(1)固体B所含物质的化学式。
(2)固体E所含物质的化学式。
(3)反应①的离子方程式为。
三．计算题15．向100 mL 0.2 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液中加入85.7 mL 0.7 mol·L-1的NaOH溶液，求生成Al(OH)3沉淀的质量是多少?16．用戳有很多小孔的铝箔包好一小块钠放入盛有水的水槽中，用排水法收集得标准状况下的氢气1.344 L，再向水槽内的无色透明溶液中逐滴加入0.5 mol·L-1 AlCl3溶液，至20 mL时开始出现沉淀，当加入40 mL时析出沉淀量达最大值。
