必修1专题3 从铝土矿到铝合金

教育学科教师辅导讲义 课 题 从铝土矿到铝合金

教学目的 1. 了解从铝土矿中提取铝的原理和流程 2. 掌握氧化铝，氢氧化铝和明矾性质

教学内容 【课前检测】 1.制造火箭外壳材料中的主要元素是 ( ) A．Fe B．Al C．C D．Si 2.从铝土矿制备 铝所涉及的下列有关反应中，属于氧化还原反应的是 （ ） A.铝土矿溶于Na OH溶液中 B.偏铝酸钠溶液的酸化 C.灼烧氢氧化铝固体 D.电解熔融的氧化铝 3.氢氧化铝可作为治疗某种胃病的内服药，这是利用了氢氧化铝的 ( ) A．酸性 B．碱性 C．两性 D．氧化性 4.地壳中含量最多的金属元素是 ( ) A. Fe B .Cu C. Al D. Mg

答案：1.B 2.D（氧化还原反应要有元素的化合价升降） 3.B（胃液是酸性，所以是利用氢氧化铝的碱性） 4.C 【知识梳理】 一 .从铝土矿中提取铝 1．铝在地壳中的含量

地壳中金属元素的含量：Al>Fe>Ca>Na。 铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么可被人们所利用的铝很少呢？ ——铝是比较活泼的金属，在自然界中的铝大多以化合态的形式存在。如何使化合态的铝转化为单质铝？ 2．从铝土矿提取铝的工艺流程及有关反应 (1)工艺流程

(2)有关的化学方程式： ①碱溶：Al2O3+2NaOH===2NaAlO2＋H2O； ②酸化：NaAlO2＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3；

③灼烧：2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O； ④电解：2Al2O3=====通电4Al＋3O2↑。 冰晶石是 起助熔剂作用 二、铝的氧化物和氢氧化物 1．氧化铝 (1) 物理性质：硬度大，熔点高，难溶于水。 (2) 化学性质： 氧化铝既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水，属于两性氧化物。 ① 与强酸反应的离子方程式：Al2O3+6H+=2Al3++3H2O。 ②与强碱反应的离子方程式：Al2O3+2OH—=2AlO2—+H2O。 2．氢氧化铝 (1)物理性质：颜色：白色，溶解性：难溶于水。 (2)化学性质： ①两性氢氧化物 Al(OH)3既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水，属于两性氢氧化物，如Al(OH)3与盐酸、NaOH溶液反应的离子方程式分别为：Al(OH)3 +3H+===Al3++3H2O； Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O ②不稳定性

Al(OH)3受热易分解：2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O。 (3)实验室制备 实验室常用AlCl3溶液和氨水反应制取Al(OH)3，反应的离子方程式为：

Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4。 三．明矾的净水作用 (1) 复盐： 由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐。如明矾，化学式为KAl(SO4)2·12H2O。 (2) 明矾的净水原理 ①明矾溶于水后发生电离：KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO2－4。 ②生成Al(OH)3胶体：Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体) ＋3H＋。 ③Al(OH)3胶体净水原理为：Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力，能凝聚水中的悬浮物并使之沉降。 四.铝与铝合金 铝的物理性质：金属铝呈银白色，硬度小，密度小，熔点较高，和镁类似，铝的主要用途是制造铝合金，铝优良的导电性和密度小，使铝大量用来制作导线。 铝的化学性质 铝元素位于元素周期表的第三周期第ⅢA族，化学性质比较活泼，在反应中多被氧化为Al3＋。

(1)铝可以在纯氧中燃烧：4Al＋3O2 =====△ 2Al2O3； (2)铝与盐酸反应：2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑； (3)铝溶于NaOH溶液： 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑； (4)用镁条引燃铝粉和Fe2O3的混合物：

2Al＋Fe2O3 =====△ 2Fe＋Al2O3， 这一反应也被称作铝热反应。此反应常用于焊接铁轨 在常温下，铝遇到浓硝酸、浓硫酸时会在表面形成致密的氧化膜而发生钝化，从而阻止内部金属进一步发生反应。 铝合金是金属铝与其他金属（或非金属）熔合形成的。铝合金的性能有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强、装饰效果好。主要用于建筑业、交通运输业及电子行业。 【重难点突破】 1. 铝三角 有关的离子方程式 ①Al（OH）3+3H+ = Al3+ +3H2O ②Al3++3OH－ = Al（OH）3↓

③Al（OH）3+OH－ =AlO2－ +2H2O ④AlO2－ +H+ +H2O = Al（OH）3↓

⑤Al3+ +4OH－ = AlO2－ +2H2O ⑥AlO2－ +4H+= Al3+ +2H2O 2. 铝的化合物的有关图像 （1）向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液直至过量 有关反应：Al3++3OH－ =Al（OH）3↓ Al（OH）3+OH－ =AlO2－+2H2O 现象：首先产生白色沉淀，然后沉淀逐渐消失

（2）向AlCl3溶液中逐滴加入氨水溶液直至过量 有关反应：Al3++3NH3·H2O =Al（OH）3↓+3NH4+ 现象：首先产生白色沉淀，继续滴加沉淀不消失

（3）向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液直至过量有关反应： Al3++4OH－ =AlO2－+2H2O Al3++3AlO2－+6H2O =4Al（OH）3↓

现象：首先不产生白色沉淀，一段时间后产生沉淀，继续滴加，沉淀不消失。

（4）向AlCl3溶液中逐滴加入NaAlO2溶液直至过量 有关反应：Al3++3AlO2－+6H2O =4Al（OH）3↓

现象：首先产生白色沉淀，继续滴加沉淀不消失

（5）向NaAlO2溶液中逐滴加入AlCl3溶液直至过量 有关反应：Al3++3AlO2－ +6H2O=4Al（OH）3↓

现象：产生白色沉淀，继续滴加沉淀不消失 （6）向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸直至过量 有关反应：AlO2－+H++H2O=Al（OH）3↓ Al（OH）3＋3H+=Al3++3H2O 现象：产生白色沉淀，继续滴加，沉淀消失

（7）向盐酸中逐滴加入NaAlO2溶液直至过量 有关反应：AlO2－+ 4H+=Al3++2H2O Al3++3AlO2－+6H2O=4Al（OH）3↓

现象：首先溶液中无白色沉淀产生，一段时间后产生白色沉淀继续滴加，沉淀不消失。

（8）向NaAlO2溶液中通入过量的CO2 有关反应：2AlO2－+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+CO32－ CO32－+CO2+H2O=2HCO3

－

现象：产生白色沉淀，继续通入CO2，沉淀不消失

（9）向MgCl2、AlCl3和盐酸的混合溶液中滴加NaOH直至过量 有关反应：H++OH－=H2O Mg2++2OH－=Mg（OH）2↓

Al3++3OH－=Al（OH）3↓ Al（OH）3+OH－ =AlO2－+2H2O 现象：开始时无沉淀产生，一段时间后有白色沉淀产生，继续滴加NaOH溶液，沉淀部分溶解

例1. 向20 mL某物质的量浓度的AlCl3溶液中滴入2 mol/L NaOH溶液时，得到的Al(OH)3沉淀质量与所滴加NaOH溶液的体积(mL)关系如下图所示，试回答下列问题： (1)图中A点表示的意义是 。 (2)图中B点表示的意义是 。 (3)上述两步反应用总的离子方程式可表示为： 。 (4)假若溶液中有Al(OH)3沉淀0.39 g，则此时用去NaOH溶液的体积为________。 解析 由图象可知，随着NaOH溶液的滴入，AlCl3溶液中发生由Al3＋ 到 Al(OH)3 到 AlO－2的转化， 故A点表示生成的Al(OH)3沉淀最多，而B点表示Al(OH)3完全溶解。 涉及的化学反应式为：Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓ Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O 总的离子方程式为：Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O。 当生成Al(OH)3沉淀0.39 g时有两种情况。 当AlCl3过量时，消耗NaOH的体积为： 0.39 g78 g·mol－1×3

2 mol·L－1×103 mL·L－1＝7.5 mL

当NaOH相对过量时，Al3＋全部生成Al(OH)3后，又部分溶解。据A点，n[Al(OH)3]＝0.01 mol，溶解掉0.005 mol，则需加入NaOH的体积为： 0.01 mol×3＋0.005 mol2 mol·L－1×103 mL·L－1＝17.5 mL

答案 (1)生成Al(OH)3沉淀的最大值 (2)Al(OH)3沉淀完全溶解于NaOH溶液成为NaAlO2溶液 (3)Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2O (4)7.5 mL或17.5 mL [例2] 向100 mL 2 mol·L-的AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液100 mL时产生沉淀为7．8 g，则加入NaOH溶液的物质的量浓度是（ ） A．1 mol·L- B．1．5 mol·L- C．3 mol·L- D．7 mol·L- 【解析】7．8 g Al(OH)3的物质的量为0．1 mol。 AlCl3逐滴加入NaOH溶液有关反应为： Al3++3OH一=Al(OH)3↓ A1(OH)3+OH一= A1O2-+2H2O (1)NaOH不足 设参加反应的NaOH的物质的量为n(NaOH） Al3++3OH一=Al(OH)3↓ 3 1 n(NaOH) 0．1 mol n(NaOH)=0．3 mol c(NaOH)=0．3 mol／0．1L=3 mol·L- (2)：NaOH过量 Al3+全部沉淀为Al(OH)3，过量的NaOH溶解部分的Al(OH)3，只余0．1 mol Al(OH)3沉淀。 设使Al3+全部沉淀需NaOH的物质的量为 n1(NaOH)