d從鋁土礦到鋁合金PPT課件-

1、專(zhuān)題3 從礦物到基礎(chǔ)材料鐵礦石銅礦石鋁土礦水晶石第1頁(yè)/共61頁(yè)第一單元 從鋁土礦到鋁合金從鋁土礦中提取鋁第2頁(yè)/共61頁(yè)生活中的鋁第3頁(yè)/共61頁(yè)第4頁(yè)/共61頁(yè)“鋁的傳說(shuō)與歷史”第5頁(yè)/共61頁(yè)拿破侖三世第6頁(yè)/共61頁(yè)鋁的存在：鋁是地殼中含量最多的金屬元素鋁在地殼中以化合態(tài)存在2468含量/NaCaFeAl2.743.454.757.73氧49.13%鐵鈣鈉鉀鎂14.55%鋁7.73%硅26%第7頁(yè)/共61頁(yè)為什么選擇從氧化鋁中提取鋁？資料卡2054離子Al2O3194分子AlCl3714離子MgCl2801離子NaCl熔點(diǎn)熔融狀態(tài)下存在的微粒第8頁(yè)/共61頁(yè)追根尋源冶煉鋁方法的探索史1

2、827年，德國(guó)化學(xué)家維勒用金屬鉀與無(wú)水氯化鋁加熱反應(yīng)制得了鋁。1854年，法國(guó)化學(xué)家德維爾改用金屬鈉與無(wú)水氯化鋁加熱反應(yīng)制得了鋁。但因鉀、鈉太昂貴了，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。1886年，美國(guó)化學(xué)家霍爾采用電解法，嘗試對(duì)高純度的氧化鋁進(jìn)行熔融電解制鋁。在研究過(guò)程中他采用添加冰晶石(Na3AlF6)的辦法，使氧化鋁的熔點(diǎn)從2054降低到1000左右，從而減少了冶煉過(guò)程的能耗，制得了鋁，成為現(xiàn)代工業(yè)化制鋁方法上的里程碑。第9頁(yè)/共61頁(yè)電解法制鋁1884年，在美國(guó)奧伯林學(xué)院化學(xué)系，有一位叫做查爾斯馬丁霍爾的青年學(xué)生。當(dāng)時(shí)他只有二十一歲。一次，他聽(tīng)一位教授說(shuō)：“不管誰(shuí)能發(fā)明一種低成本的煉鋁法，都會(huì)出人頭地

3、?！边@使霍爾意識(shí)到只有探索廉價(jià)的煉鋁方法，才能使鋁被普遍應(yīng)用。可是氧化鋁的熔點(diǎn)（2054）很高，采用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁，生產(chǎn)中的能量消耗很大。1986年，霍爾在氧化鋁中添加了助熔劑冰晶石Na3AlF6,大大降低了氧化鋁熔融溫度，從而減少了電解過(guò)程中的能量消耗，使鋁及其合金成了為人類(lèi)提供多方面重要用途的材料。當(dāng)時(shí)，霍爾還不滿(mǎn)23周歲。第10頁(yè)/共61頁(yè)氧化鋁 鋁 鋁土礦鋁土礦（主要成分為Al2O3，還有少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)）第11頁(yè)/共61頁(yè)如何將鋁土礦（主要成分為Al2O3，還有少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)）中Al2O3提純？交流與討論資料卡Al2O3Fe2O3SiO2注意

4、：溶液中的NaAlO2 、Na2SiO3與NaOH在一定條件下會(huì)生成鋁硅酸鈉沉淀Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O不反應(yīng)Al2O3+ 2NaOH=2NaAlO2+H2O不反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O鹽酸氫氧化鈉溶液第12頁(yè)/共61頁(yè)如何將鋁土礦（主要成分為Al2O3，還有少量Fe2O3、SiO2等雜質(zhì)）中Al2O3提純？交流與討論鹽酸氫氧化鈉溶液碳酸（通CO2）NaAlO2NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3 不反應(yīng)NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3NaHCO3Al(OH)3Al(OH)3

5、3HCl =AlCl3+3H2OAl(OH)3+ NaOH = NaAlO2+2H2O不反應(yīng)Fe(OH)3Fe(OH)3 3HCl =FeCl3+3H2O不反應(yīng)不反應(yīng)資料卡2Al(OH)3 Al2O3+3H2O第13頁(yè)/共61頁(yè)一、從鋁土礦中提取鋁較純的Al2O3鋁土礦鋁電解提純提純主要過(guò)程如下：鋁土礦NaOH溶液Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O偏鋁酸鈉過(guò)濾殘?jiān)鼮V液足量CO2NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3懸濁液過(guò)濾沉淀：Al(OH)3濾液灼燒較純的Al2O3電解鋁2Al(OH)3Al2O3+3H2O2Al2O34Al+3O2電解第14頁(yè)/共61頁(yè)冰晶

6、石從鋁土礦制備鋁的工藝流程：鋁土礦NaAlO2溶液Al(OH)3Al2O3濾渣二氧化碳濾液溶解過(guò)濾NaOH溶液過(guò)濾灼燒酸化電解熔融Al電解Al2O3提純Al2O32Al2O3 4Al+3O2通電第15頁(yè)/共61頁(yè)概括整合從自然界中提取金屬自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)要考慮的問(wèn)題礦物的提純（富集）合適的冶煉方法 任務(wù)：查找有關(guān)從礦石中提取鐵和銅資料，對(duì)比 上述分析思路,看是否具有一般性。第16頁(yè)/共61頁(yè)第17頁(yè)/共61頁(yè)資料卡片鋁的再生新世紀(jì)材料的亮點(diǎn)再生鋁又稱(chēng)二次鋁，是目前廢物界最有價(jià)值的材料，現(xiàn)在世界每年從廢鋁回收的鋁量約為 400萬(wàn)噸，相當(dāng)于每年鋁產(chǎn)

7、量的 25 左右。與以鋁土礦為起點(diǎn)相比，生產(chǎn)1噸再生鋁合金能耗僅為新鋁的 2.6 %，并節(jié)省10.5噸水，少用固體材料11噸，比電解鋁時(shí)少排放CO291%，少處理廢液、廢渣1.9噸。第18頁(yè)/共61頁(yè)二、鋁的氧化物與氫氧化物（一）氧化鋁（Al2O3）1.物理性質(zhì)：Al2O3是一種白色難熔的固體,不溶于水，可作耐火材料(熔點(diǎn)2050)(天然產(chǎn)稱(chēng)作剛玉)價(jià)值連城的寶石第19頁(yè)/共61頁(yè)閃耀著六射星光的天然藍(lán)寶石“亞洲之星”重330克拉，緬甸產(chǎn)，世界著名珍寶，現(xiàn)藏于美國(guó)華盛頓斯密森博物館。天然紅寶石“羅斯利夫斯”，重138.7克拉，斯里蘭卡產(chǎn)，世界著名珍寶?，F(xiàn)藏于美國(guó)華盛頓斯密森博物館。第20頁(yè)/共

8、61頁(yè)精美的氧化鋁陶瓷制品耐火坩堝耐火磚燃器具點(diǎn)火瓷頭第21頁(yè)/共61頁(yè)探究氧化鋁的重要化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)物Fe2O3 Al2O3 HClNaOH類(lèi)別（ ）性氧化物（ ）性氧化物 加鹽酸氧化鋁、氧化鐵均溶解，加氫氧化鈉溶液氧化鋁溶解，而氧化鐵不溶解。堿兩Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O第22頁(yè)/共61頁(yè)2.化學(xué)性質(zhì)：（1）與酸反應(yīng)：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+6H+=2Al3+3H2O（2）與強(qiáng)堿反應(yīng)：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OAl2O3+2OH-=2

9、AlO2- +H2O(Al2O3是典型的兩性氧化物)（Al2O3表現(xiàn)了酸性氧化物的性質(zhì)）既能跟酸反應(yīng)生成鹽和水，又能跟堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱(chēng)為兩性氧化物第23頁(yè)/共61頁(yè)3.用途：液態(tài)Al2O3被電解生成鋁和氧氣，氧化鋁是冶煉鋁的主要原料。注意：氧化鋁不能跟水發(fā)生反應(yīng)，不能用氧化鋁直接合成氫氧化鋁。2Al2O3 =4Al + 3O2電解熔融第24頁(yè)/共61頁(yè)1.物理性質(zhì):氫氧化鋁是幾乎不溶于水的白色固體.在水溶液中新生成的氫氧化鋁呈膠狀,能凝聚水中懸浮物,又有吸附色素的性能。 氫氧化鋁膠體可用作凈水劑、色素吸附劑等。(二)氫氧化鋁 Al(OH)3第25頁(yè)/共61頁(yè) (1)不穩(wěn)定性：2Al(

10、OH)3=Al2O3+3H2O這是工業(yè)上制取純凈氧化鋁的方法。2.氫氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)：第26頁(yè)/共61頁(yè)現(xiàn)象：Al(OH)3沉淀在NaOH和HCl溶液里都溶解(2) 兩性氫氧化物：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2OAl(OH)3+3H+=Al3+3H2O 與強(qiáng)堿反應(yīng)：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 與酸反應(yīng)：氫氧化鋁既能跟酸反應(yīng)生成鹽和水，又能跟堿反應(yīng)生成鹽和水，所以氫氧化鋁是兩性氫氧化物。 常用此鑒別Al(OH)3第27頁(yè)/共61頁(yè)氫氧化鋁的兩性可以下電離方程式來(lái)說(shuō)明：當(dāng)Al(OH)3遇堿時(shí)反應(yīng)向左方向發(fā)展，遇酸時(shí)反應(yīng)

11、向右方向發(fā)展。注意：(1)氫氧化鋁作為堿時(shí)是三元堿；作為酸時(shí)是一元酸。(2)氫氧化鋁與酸堿反應(yīng)時(shí)，弱酸、弱堿是不能把氫氧化鋁溶解的。 酸式電離 堿式電離H+AlO2-+H2O Al(OH)3 Al3+3OH-第28頁(yè)/共61頁(yè)反思延伸沉淀AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3AlCl3 + 3NH3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl方案一:NaOHAlCl3弱堿強(qiáng)堿方案二:AlCl3NH3H2OAl(OH)3+NaOH= NaAlO2+2H2O沉淀不溶解不溶解于氨水過(guò)量溶解制備氫氧化鋁第29頁(yè)/共61頁(yè)反思延伸Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2ONaA

12、lO2HClH2OAl(OH)3+NaCl強(qiáng)酸弱堿鹽酸NaAlO2方案三:方案四:NaAlO2CO2沉淀NaAlO2CO22H2OAl(OH)3NaHCO3不溶解于碳酸沉淀過(guò)量溶解制備氫氧化鋁第30頁(yè)/共61頁(yè)Al2(SO4)3溶液中加入少量NH3H2O現(xiàn)象：生成白色膠狀沉淀Al2(SO4)36NH3H2O = 2Al(OH)3 3(NH4)2SO4Al3+ 3NH3H2O = Al(OH)3 +3NH4+-實(shí)驗(yàn)室制取Al(OH)3方法（3）實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鋁： 第31頁(yè)/共61頁(yè)NaAlO2溶液中通入CO2現(xiàn)象：生成白色膠狀沉淀（3）實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鋁： NaAlO2 + CO2 + 2H2

13、O = Al(OH)3+ NaHCO3 （足量CO2 ) AlO2- + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ HCO3-2NaAlO2 + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3+ Na2CO3 （少量CO2 ) 2AlO2- + CO2 + 3H2O =2 Al(OH)3+ CO32-第32頁(yè)/共61頁(yè)知識(shí)小結(jié)鋁三角關(guān)系A(chǔ)l2O3Al3+3mol NH3H2O或OHAl(OH)3AlO2CO2、 H2O或H+ 3mol H+ (強(qiáng)酸)H+ (強(qiáng)酸)OH(強(qiáng)堿)OH(強(qiáng)堿)4mol OH- (強(qiáng)堿)4mol H+(強(qiáng)酸)加 熱第33頁(yè)/共61頁(yè)（4）氫氧化鋁的用途胃舒平又名復(fù)方氫氧

14、化鋁，是由能中和胃酸的氫氧化鋁和三硅酸鎂兩藥合用，并組合解痙止痛藥顛茄浸膏而成。第34頁(yè)/共61頁(yè)胃液中含有鹽酸，胃酸過(guò)多的人常有胃疼燒心的感覺(jué)，易吐酸水，服用適量的小蘇打（NaHCO3），能治療胃酸過(guò)多，請(qǐng)寫(xiě)出其反應(yīng)的離子方程式：如果病人同時(shí)患胃潰瘍，為防胃壁穿孔，不能服用小蘇打，原因是：此時(shí)最好用含氫氧化鋁的胃藥（如胃舒平）離子方程式： H+ HCO3-= H2O +CO2 反應(yīng)過(guò)程有二氧化碳生成，壓力增大加劇胃穿孔；Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O 第35頁(yè)/共61頁(yè)(三)硫酸鋁鉀 KAl(SO4)2 KAl(SO4)2 12H2O 俗名 明礬KAl(SO4)2=K+Al3+2S

15、O42-明礬的凈水作用：電離出的鋁離子與水反應(yīng)生成氫氧化鋁膠體，膠體具有很強(qiáng)的吸附作用，它能凝聚水中的懸浮物使之沉降，達(dá)到凈水目的。Al 3+ + 3H2O 3H+ + Al(OH)3 (膠體)第36頁(yè)/共61頁(yè) 與鋁及其化合物相關(guān)的圖像問(wèn)題 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至過(guò)量 ABAl3OH- = Al(OH)3 BCOH-Al(OH)3 = AlO2-2H2O第37頁(yè)/共61頁(yè)練習(xí)1.向30mL1molL1的AlCl3溶液中逐漸加入濃度為4moll1的NaOH溶液，若產(chǎn)生0.78g白色沉淀，則加入的NaOH溶液的體積可能為（） A3mL B7.5mL C15mL D27.5mL解析

16、：利用圖形一目了然地看到堿的量有兩個(gè)值0.03mol4mo1L17.5mL。0.11mol4mo1L127.5mL。答案：BD第38頁(yè)/共61頁(yè)三、鋁 鋁為 銀白色 金屬，熔沸點(diǎn)較低 ，硬度較 小 ，密度較 小 ，導(dǎo)電性?xún)H次 于 銀 、 銅 和 鐵 ，居第 四 位； 鋁元素在地殼中含量豐富，居 三 位。是地殼中含量 第一 的金屬元素。 (一)鋁的物理性質(zhì)第39頁(yè)/共61頁(yè)(二)原子結(jié)構(gòu)很容易失3eAl3Al K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Al的化學(xué)性質(zhì)活潑,具有較強(qiáng)還原性Al第40頁(yè)/共61頁(yè)活動(dòng)與探究 將幾小塊用砂紙打磨過(guò)的鋁條分別放入四支潔凈試管,再向試管中

17、分別加入濃硫酸、濃硝酸、6mol/L的鹽酸、6mol/L的氫氧化鈉各3mL,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.第41頁(yè)/共61頁(yè)1.與非金屬單質(zhì)如，氧氣 氯氣 硫2.與水反應(yīng)鋁與冷水不反應(yīng)，與熱水反應(yīng)緩慢。2Al + 6 H2O = 2Al（OH）3 + 3H2(三)鋁的化學(xué)性質(zhì)第42頁(yè)/共61頁(yè)3.與酸的反應(yīng) 與硫酸溶液反應(yīng)2Al+6HCl=2AlCl3+3H22Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 與濃硫酸、濃硝酸？與鹽酸反應(yīng)第43頁(yè)/共61頁(yè)鋁的鈍化 在常溫下,鋁遇濃硝酸、濃硫酸時(shí)會(huì)在表面生成致密氧化膜而發(fā)生鈍化，從而阻止內(nèi)部金屬進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)。*濃硝酸、濃硫酸可貯存在鋁制容器中，可用鋁槽車(chē)運(yùn)輸?shù)?/p>

18、44頁(yè)/共61頁(yè)3. 與酸的反應(yīng)（1）在冷的濃硫酸、濃硝酸中鈍化。（2）在熱的濃硫酸、濃硝酸，稀硝酸 中反應(yīng)，但不產(chǎn)生氫氣。(3)與稀硫酸，鹽酸等反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。氧化性酸非氧化性酸鈍化是不反應(yīng)么？ 第45頁(yè)/共61頁(yè)4. 鋁與堿溶液反應(yīng)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(還原劑)(氧化劑) 指出上面反應(yīng)的氧化劑和還原劑？ 為什么鋁制餐具不宜蒸煮或長(zhǎng)期存放有酸性和堿性的食物？ ？偏鋁酸鈉2Al+2NaOH+6H2O =2NaAlO2+ 4H2O +3H2第46頁(yè)/共61頁(yè)5.與某些金屬氧化物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)鋁熱反應(yīng)現(xiàn)象：2Al +Fe2O3 = 2Fe +Al2O3高溫劇烈反應(yīng)，發(fā)出耀眼

19、的光芒，產(chǎn)生大量的煙，紙漏斗被燒穿，有紅熱液珠落下，液珠冷卻后變?yōu)楹谏?。鋁熱反應(yīng)： 鋁在高溫條件下和某金屬氧化物發(fā)生的反應(yīng) 鋁熱劑：鋁粉和金屬氧化物（V2O5、Cr2O3、Fe3O4）的混合物第47頁(yè)/共61頁(yè)1.Mg條和KClO3的 作用：引燃劑2.鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：焊接鋼軌和冶煉金屬第48頁(yè)/共61頁(yè)鋁熱反應(yīng)用于焊接鋼軌第49頁(yè)/共61頁(yè)2Al+Cr2O3=2Cr+Al2O34Al+3MnO2=3Mn+2Al2O310Al+3V2O5=6V+5Al2O3高溫高溫高溫練習(xí)： 寫(xiě)出Al分別與Cr2O3 、 MnO2 、V2O5 的反應(yīng) 鋁熱反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是高溫下，較活潑的鋁置換出較不活潑的金屬，工業(yè)上常用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬。第50頁(yè)/共61頁(yè)6.與鹽的反應(yīng)鹽溶液中置換出比鋁不活潑的金屬 請(qǐng)寫(xiě)出鋁與AgNO3 、Cu(NO3)2溶液反應(yīng)的離子反應(yīng)的方程式Al + 3Ag+ = 3Ag + Al3+2Al+3Cu2+3Cu+2Al3+第51頁(yè)/共61頁(yè)(四)鋁的用途第52頁(yè)/共61頁(yè)鋁合金：主要用于建筑業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè) 以及電子行業(yè)。鋁導(dǎo)熱能力強(qiáng)，可用于各種家用器皿。鋁導(dǎo)電能力強(qiáng)，可用于導(dǎo)線(xiàn)。鋁延展性好，可制成鋁箔。鋁熱反應(yīng)放出大量熱，可置換鐵等高熔點(diǎn)金屬。第53頁(yè)/共61頁(yè)鋁合金及其制品合金：兩種或兩種以上的金屬（或金屬與非金屬）熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。你