無機化學(xué)-18鋁族及其化合物

我國鋁年產(chǎn)量/百萬噸鋁的需求及其所占比例第四節(jié)鋁及其化合物(Aluminiumanditscompound)——鋁是地殼中含量最多的金屬元素，以化合態(tài)形式存在.1825年英國化學(xué)家Davy首次通過電解法制備出鋁的單質(zhì),自此掀開了人類開發(fā)和利用鋁的歷史新篇章.鋁的綜合性能不如鋼鐵嗎?問題一:為何鋁的產(chǎn)量遠不及鋼鐵呢?鋁有這些特殊用途嗎?問題二、鋁的什么性質(zhì)決定其具有這些特殊用途?理解鋁的冶煉原理(Theoryofsmelting);了解鋁單質(zhì)的性質(zhì)和用途(propertiesanduse);記住鋁的氧化物的制備方法和化學(xué)性質(zhì)(preparationandchemicalproperties),理解鋁熱反應(yīng)的原理;掌握鋁的成鍵形式和鋁鹽的性質(zhì)特征(typeofbondandfeatureofAluminiumcompounds)并能靈活運用.學(xué)習(xí)內(nèi)容和目標(biāo)★重點：鋁的冶煉原理,鋁熱反應(yīng)原理及鋁化合物性質(zhì)★難點：鋁的成鍵形式及特征學(xué)習(xí)課時:1教學(xué)方法:目標(biāo)教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)一、鋁的冶煉（SmeltingofAluminium）鋁的存在——地殼中鋁總量約4.96×1015億噸，資源非常豐富，主要以鋁土礦（Al2O3·2H2O）的形式存在(伴生其它金屬礦石)。

Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4]（堿浸）Al(OH)3====Al2O3+H2O（灼燒）2Na[Al(OH)4]+CO2＝2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O（酸化）電解2Al2O3====4Al（陰極）+3O2

（陽極）（電解）學(xué)習(xí)目標(biāo):掌握鋁的冶煉原理誰能根據(jù)礦石成分設(shè)計出冶煉鋁的原理和流程圖堿浸鋁土礦過濾鋁土礦不溶礦石的冶煉濾渣濾液酸化灼燒沉降電解Al2O3鋁單質(zhì)基本原理降低能耗、減少污染氧化鋁的電解熔融金屬鋁鐵槽陰極石墨陽極———石墨陽極被氧化消耗，同時產(chǎn)生CO甚至致癌氣體;電解熔融氧化鋁時溫度為1100℃以上，槽電壓為4.5V，電流可達60000A，每噸電鋁需耗電2萬度左右.Al3++3e→Al(鐵陰極)2O2--4e→O2(碳陽極)電解鋁產(chǎn)品（鋁錠）惰性陽極電解實驗NiFe2O4半成品科學(xué)研究：鋁電解電極材料如陽極的研制，電解槽的設(shè)計及改進等，目標(biāo)：降低槽溫、槽電壓和電解電流密度，改善工作環(huán)境。每年創(chuàng)造經(jīng)濟效益數(shù)百億元二、鋁單質(zhì)性質(zhì)鋁是一種銀白色金屬,熔點為660℃左右;

純金屬鋁質(zhì)輕,具有良好的導(dǎo)電性,但強度低;

鋁有良好的延展性,可制成鋁箔,用于包裝;PhysicalpropertiesofAluminium學(xué)習(xí)目標(biāo):常識性了解鋁單質(zhì)的物理性質(zhì)

Al-Mg，Al-Mg-Ti合金強度比鋼高,密度遠比鋼的小;

制備人造關(guān)節(jié)或人造骨;金屬鋁還可以制成泡沫鋁,具有吸音效果;

鋁容易溶解于汞形成鋁汞齊(amalgam)；溶于汞齊中的鋁易被氧氣氧化成樹枝狀氧化鋁(Alumina)；擦掉表面氧化鋁，硬幣中鋁繼續(xù)進入汞齊中并重新被氧化。2Al＋6HAc＝2AlAc3＋3H2↑2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑——將硬幣特殊處理后置于空氣中，硬幣表面自動長出灰白色毛發(fā)，擦掉表面白毛后又重新長出。

硬幣”長毛”小常識——我們經(jīng)常用鋁桶長時間盛洗衣粉浸泡的衣服，還有人用鋁桶腌制或盛裝酸菜，你認(rèn)為這些符合衛(wèi)生習(xí)慣嗎？

——鋁是一種活潑的金屬，容易形成汞齊，容易被氧氣所氧化；——鋁單質(zhì)還具有兩性，能與酸和堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。ChemicalPropertiesofAluminium原因在哪？該現(xiàn)象說明鋁有何性質(zhì)？學(xué)習(xí)目標(biāo)4Al＋3O2＝2Al2O3鋁熱反應(yīng)放熱的基本原理又是什么?三、氧化鋁(Alumina)2Al+3/2O2==Al2O3

ΔrH=-1676KJ/mol（1）3Fe+2O2==Fe3O4

ΔrH=-1118KJ/mol（2）8Al+3Fe3O4==4Al2O3+9FeΔrH=-3353KJ/mol4×3×—什么是鋁熱反應(yīng)?——將鋁與氧化鐵類混合物用鎂條點燃引發(fā),反應(yīng)劇烈進行,瞬間放出巨大熱量,溫度最高可達3000℃。

鋁熱反應(yīng)(reactionofthermit)————基于鋁是親氧元素,鋁熱反應(yīng)能瞬間放出巨大熱量這一性質(zhì),可利用其在野外焊接鐵軌,還可用于制造穿甲彈等.☆學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握鋁熱反應(yīng)基本原理根據(jù)Hess定律Al2O3＋H2SO4→

Al2(SO4)3＋H2OAl2O3＋NaOH→Na[Al(OH)4]+H2O氧化鋁是兩性氧化物Al是親氧元素剛玉中摻入微量過渡金屬離子如鉻、鐵、鈦等,不僅保持良好耐腐蝕、熔點高、硬度大等特性，還呈現(xiàn)特征的顏色，常稱為寶石。γ-Al2O3──活性氧化鋁(由Al(OH)3低溫灼燒得到)溶于酸堿.α-Al2O3（剛玉）,由鋁燃燒或高溫灼燒Al(OH)3得到。不溶于水，也不溶于稀酸和堿，具有良好耐腐蝕性，熔點高，硬度大?！灰蠛唵瘟私狻?Al＋3TiO2+3C=2Al2O3＋3TiC————氧化鋁和碳化鈦都是耐高溫材料，可作為宇宙飛船的抗燒蝕涂層，也可用于超音速飛機、火箭的關(guān)鍵部件.AlClClCl四、鋁鹽(saltofAluminium)性質(zhì)AlF3AlBr3AlI3熔點/℃129097.8189.4沸點/℃1272256382請你說明熔沸點的變化及原因!☆難點·重點☆——記住鹵化物晶體類型,理解其分子結(jié)構(gòu)和成鍵特性二、成鍵特征ClAlAlClClClClCl氣態(tài)時為雙聚體.請你分析雜化類型和鍵的類型Al是缺電子原子！sp3雜化，四面體結(jié)構(gòu)鹵橋鍵(配位鍵)一、晶體類型AlF3是典型離子晶體,熔沸點高;后兩者因鋁離子極化大,陰離子又容易變形,變成共價鍵,屬于分子晶體,范德華力較小.3s3psp2sp3::（Al:3s23p1）sp2雜化，平面三角形AlCl3等是有機常用催化劑此加合物往往是有機反應(yīng)的中間過渡產(chǎn)物Al是缺電子原子容易與醇醚等含孤對電子物質(zhì)結(jié)合AlCl3＋H2O

→

Al(OH)3↓＋HCl↑氯化鋁在潮濕空氣中強烈水解，發(fā)煙！具有空的軌道可接受電子AlX3是路易斯酸三、水解性[Al(H2O)6]3+[Al(H2O)5(OH)]2+[Al(H2O)4(OH)]1+[Al(H2O)3(OH)3]

明礬（KAl(SO4)2

·12H2O）中的鋁離子容易水解聚合鋁具有強大吸附和聚沉作用,是高效絮凝劑,用于污水凈化處理高效率的新型環(huán)保型催化劑與硫酸等質(zhì)子酸催化劑相比，此類催化劑有何優(yōu)點?思考與討論鋁于空氣中會失去光澤,但將其浸于NaOH或酸后再用水快速沖洗又光澤如新,這說明鋁有何化學(xué)性質(zhì)?2.硫和鋁高溫反應(yīng)可得Al2S3,但水溶液中Na2S和Al3+作用卻不能產(chǎn)生Al2S3,為什么?Al2S3+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2S↑Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4]2Al

+3O2=2Al2O33.為什么Al不能與氫形成AlH3,即AlH3極不穩(wěn)定,而AlCl3卻能較穩(wěn)定存在.AlClClClAlHHH鋁屬缺電子原子,氫不能提供多余電子,即滿足不了其要求:::最酷的科技制造出具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的鋁合金用于火箭、飛機和導(dǎo)彈是最酷的科技！——什么是最酷的科技?發(fā)射宇宙飛船繞月飛行是最酷的科技！制造每秒運算百億、千億次計算機是最酷的科技！！而如果在我國西部欠發(fā)達地區(qū)幫助農(nóng)民建立沼氣解決燒火照明等問題，或降低電腦的某些功能，制造出貧困孩子能用得起的一千元左右的電腦也是最酷的科技?。。　獓铱萍疾坎块L萬剛制造性能優(yōu)良的電極材料以降低鋁電解的能耗和改善工作環(huán)境是最酷的科技！靈活利用鋁熱反應(yīng)能放出巨大熱量，從而在高原或野外焊接鐵軌;利用鋁是缺電子原子,將路易斯酸AlCl3用作有機反應(yīng)的新型環(huán)保型催化劑;利用鋁容易水解合成出高性能聚合鋁絮凝劑進行污水處理,這些也是最酷的科技！謝謝大家！！！AlClClCl本節(jié)重點和難點性質(zhì)AlF3A