【精品】從礦物質(zhì)到基礎(chǔ)材料

1、高一年化學(xué)上課課件從鋁土礦到鋁合金專題3 從礦物質(zhì)到基礎(chǔ)材料從鋁土礦中提取鋁 鐵鍋錫壺鋁飯盒生活中的鋁2468含量/NaCaFeAl2.743.454.757.73氧49.13%鐵鈣鈉鉀鎂14.55%鋁7.73%硅26%一、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)）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，他聽一位教授說：“不管誰能發(fā)明一種低成本的煉鋁法，都會(huì)出人頭地。”這使霍爾意識(shí)到只有探索廉價(jià)的煉鋁方法，才能使鋁被普遍應(yīng)用。

2、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，從而減少了電解過程中的能量消耗，使鋁及其合金成了為人類提供多方面重要用途的材料。當(dāng)時(shí)，霍爾還不滿23周歲。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：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)Al2O

3、3+ 2NaOH=2NaAlO2+H2O不反應(yīng)SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O鹽酸氫氧化鈉溶液如何將鋁土礦（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（CO2）NaAlO2NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3 不反應(yīng)NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3NaHCO3Al(OH)3Al(OH)3 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)2Al(OH)3 Al2O3+3H2O

4、確定探究目的：實(shí)驗(yàn)探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：具體實(shí)驗(yàn)操作：1、向一支試管中取少量 NaAlO2溶液，向其中逐滴滴加鹽酸，直到氫氧化鋁沉淀完全2、向另一支試管中取少量 NaAlO2溶液，向試管中通入CO2，直到氫氧化鋁沉淀完全形成探究結(jié)論：如何使溶液中NaAlO2完全形成Al(OH)3沉淀？可以通足量的CO2使溶液中NaAlO2完全形成Al(OH)3沉淀思考與評(píng)價(jià) 你認(rèn)為這兩種方法哪一種更適合工業(yè)生產(chǎn)，說出你的理由。酸處理堿處理鋁土礦NaAlO2(aq)Al(OH)3Al2O3鹽酸溶解AlCl3(aq)FeCl3(aq)NaOHCO2酸化過濾過濾過濾灼燒過濾鋁土礦NaAlO2(aq)Al(OH)3Al2

5、O3CO2酸化NaOH溶解過濾灼燒二、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濾NaOH溶液過濾灼燒酸化鋁土礦NaOH溶液溶解過濾酸化過濾灼燒電解殘?jiān)趸紴V液H2O鋁從鋁土礦制備鋁的工藝流程冰晶石二、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濾NaOH溶液過濾灼燒酸化電解熔融Al電解Al2O3提純Al2O32Al2O3 4Al+3O2通電酸處理足量鹽酸 過濾液固AlCl3FeCl3HClSiO2等Al2O3Fe2O3SiO2等鋁土礦足量NaOH 過濾液固N(yùn)aAlO2NaClNaOH

6、Fe(OH)3 灼燒Al2O3足量CO2 過濾液固N(yùn)aHCO3NaClAl(OH)3Al2O3Fe2O3SiO2等鋁土礦足量NaOH 過濾液固N(yùn)aAlO2NaOHFe2O3、鋁硅酸鈉等足量CO2 過濾液固N(yùn)aHCO3Al(OH)3Al2O3灼燒堿處理涉及的反應(yīng)方程式鋁的氧化物與氫氧化物一、氧化鋁 Al(OH)3氧化鋁難溶于水，卻能溶于酸或強(qiáng)堿溶液中。Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2OAl2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O結(jié)論： Al2O3是一種兩性氧化物。氧化鋁難溶于水，熔點(diǎn)很高，也很堅(jiān)固；是冶煉金屬鋁的原料，也是一種比較好的耐火材料。1、物理性質(zhì)：2

7、、化學(xué)性質(zhì)：兩性氧化物把既可以與酸反應(yīng)又可以與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為兩性氧化物。AlCl3 + 3NH 3H2O = Al（OH）3 + 3NH4Cl二、氫氧化鋁1) 氫氧化鋁的制取用可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)思考：為什么不用可溶性鋁鹽和NaOH溶液反應(yīng)？Al33NH3H2O =Al（OH）3+ 3NH4 與強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水 Al(OH)33HClAlCl33H2O與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水 Al(OH)3NaOHNaAlO22H2O結(jié)論：氫氧化鋁既能跟強(qiáng)酸反應(yīng)生成鹽和水，又能跟強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水，所以氫氧化鋁是兩性氫氧化物。 注意：Al(OH)3不能溶于較弱的酸和弱堿2) Al(OH)3的兩性

8、Al(OH)3是醫(yī)用的胃酸中和劑中的一種，它的堿性不強(qiáng)，不至于對(duì)胃壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的刺激或腐蝕作用，但卻可以與酸反應(yīng)，使胃液酸度降低，起到中和過多胃酸的作用。3)不穩(wěn)定性：氫氧化鋁不穩(wěn)定，受熱易分解。 2Al(OH)3 Al2O33H2O這是工業(yè)上制取純凈氧化鋁的方法。小常識(shí)閱讀P66：資料卡片明礬的凈水作用明礬晶體明礬-硫酸鋁鉀;化學(xué)式KAl(SO4)212H2O凈水原理(詳見P66)明礬（KAl(SO4)2.12H2O）是一種復(fù)鹽（由兩種或兩種以上陽離子和一種陰離子組成的鹽）是一種常見的凈水劑。原理如下：KAl(SO4)2 = K+ + Al3+ + 2SO42- 然后Al3+水解生成Al(OH

9、)3膠體，膠體具有吸附性，從而達(dá)到凈水的目的。Al3+ + 3H2O = Al(OH)3(膠體) + 3H+明礬是常見的凈水劑，但有其缺點(diǎn)，即Al3+會(huì)導(dǎo)致老年癡呆的產(chǎn)生，若不用明礬作凈水劑，我們可以用哪些試劑予以替代？鋁及鋁合金一、鋁的物理性質(zhì)鋁是銀白色的輕金屬，較軟，密度2.7g/cm3，熔點(diǎn)660.4，沸點(diǎn)2467，鋁有良好的延展性，能夠抽成細(xì)絲，軋制成各種鋁制品，還可制成薄于0.01mm的鋁箔，廣泛地用于包裝香煙、糖果等。 二、鋁的化學(xué)性質(zhì)問題：一小塊金屬鈉放在空氣中會(huì)完全被腐蝕，而一小塊金屬鎂和金屬鋁放在空氣中則不會(huì)被腐蝕，為什么？鈉被氧化后生成的Na2O，不會(huì)起保護(hù)作用。而MgO，

10、Al2O3是致密的，可以阻礙空氣、水繼續(xù)與內(nèi)層的Mg、Al接觸，從而起到保護(hù)作用。1、鈍化：使金屬表面轉(zhuǎn)化為不易被氧化的狀態(tài)，而延緩金屬的腐蝕速度的方法。金屬鋁、金屬鐵在濃硫酸、濃硝酸等強(qiáng)氧化劑作用下，在表面生成致密的氧化膜而發(fā)生鈍化。鈍化后對(duì)金屬起到保護(hù)作用。可以用鋁制或鐵制容器貯存濃硫酸和濃硝酸。2、與非金屬單質(zhì)反應(yīng)（1）和O2反應(yīng)常溫下會(huì)反應(yīng)，點(diǎn)燃時(shí)鋁粉可燃鐃（發(fā)強(qiáng)白光） 4Al+3O2= 2Al2O3（2）和Cl2反應(yīng) 2Al + 3Cl2 2AlCl3 （3）和S反應(yīng) 2Al+3S Al2S33、與H+反應(yīng)2Al+6H + = 2Al 3+ +3H24、與OH-反應(yīng)2Al+2OH -

11、 +2H2O = 2AlO2 - +3H2鋁是一種即可以和酸反應(yīng)又可以和堿反應(yīng)的金屬。（是一種兩性金屬）5、和某些氧化物反應(yīng)（1）和熱水反應(yīng)：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2（反應(yīng)緩慢）（2）和一些金屬氧化物反應(yīng)鋁熱反應(yīng) 2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe鋁熱反應(yīng)是鋁與某些金屬氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）在高熱條件下發(fā)生的反應(yīng)。是一個(gè)放熱反應(yīng)。它常用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬，如Mn、Cr、W等。在焊接鐵軌時(shí),人們常將鋁粉與氧化鐵的混合物點(diǎn)燃,由于反應(yīng)放出大量的熱,置換出的鐵以熔融態(tài)形式流出.讓熔融的鐵流入鐵軌的裂縫,冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結(jié)在一起6、和鹽溶

12、液的反應(yīng)2Al+3Hg(NO3)2=3Hg+2Al(NO3)3三、鋁合金1、合金： 由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的。2、合金都有以下通性：(1)多數(shù)合金熔點(diǎn)低于其組分中任一種組成金屬的熔點(diǎn)；(2)硬度比其組分中任一金屬的硬度大；(3)合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性低于任一組分金屬。利用合金的這一特性，可以制造高電阻和高熱阻材料。還可制造有特殊性能的材料，如在鐵中摻入15鉻和9鎳得到一種耐腐蝕的不銹鋼，適用于化學(xué)工業(yè)。(4)有的抗腐蝕能力強(qiáng)(如不銹鋼)。3、鋁合金以鋁為基的合金總稱鋁合金。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。 鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，制作工藝簡(jiǎn)單、裝飾效果好。工業(yè)上廣泛使用，使