實(shí)驗(yàn)2-6氫氧化鋁的制備

1、氫氧化鋁的制備,【實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)】 以制備 Al(OH)3 實(shí)驗(yàn)為例，體驗(yàn)制備實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、制備條件的選擇；學(xué)習(xí)利用實(shí)驗(yàn) 室或自然界易得原料設(shè)計(jì)、制備所需物質(zhì)，培養(yǎng)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。 【預(yù)習(xí)指導(dǎo)】 （1）實(shí)驗(yàn)原理 氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，既能與強(qiáng)酸反應(yīng)又能與強(qiáng)堿反應(yīng)，反應(yīng)方程式是： Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O；Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O。鋁和鋁的化合物都可以用來(lái)制取氫 氧化鋁 用較純凈的鋁屑制取氫氧化鋁有多種方案： 方案一： 涉及的反應(yīng)： ；,（或,）,方案二： 涉及的反應(yīng)：,；,（或,）。,方案三：,涉及的反應(yīng)：,；,； 從以上三種方案的試劑用量來(lái)看

2、，方案三制備 1molAl(OH)3 需 3/4molH+和 3/4mol OH-，酸與堿的用量少，是最佳方案。 如果選用含 Al 的物質(zhì)如明礬、Al (SO ) 等為原料制取氫氧化鋁，則可以選用以下方 324 3 案：或，但是由于氫氧化鋁是典型的兩性氫氧化物，與強(qiáng)堿會(huì)發(fā)生反應(yīng)：，因此選用強(qiáng)堿不 好控制，選用弱堿較為理想。 如果選用純凈的氧化鋁為原料，可直接用強(qiáng)酸溶解 1 份氧化鋁，用強(qiáng)堿溶解 3 份氧化 鋁，然后混合兩種溶液，利用鹽類水解制備氫氧化鋁，與由鋁制備氫氧化鋁類似，但在實(shí)驗(yàn) 室該方法效果不理想。 實(shí)驗(yàn)技能 本實(shí)驗(yàn)無(wú)論采用哪種方法制取氫氧化鋁，都要用到過(guò)濾操作。提醒學(xué)生過(guò)濾操作注意

3、事項(xiàng)：過(guò)濾時(shí)濾紙應(yīng)大小合適，在漏斗中濾紙的邊緣應(yīng)比漏斗的口稍低，用水濕潤(rùn)濾紙，使 濾紙緊貼漏斗的內(nèi)壁，中間不留氣泡，漏斗放置在漏斗架上，調(diào)整好高度，使下端緊貼燒杯 內(nèi)壁，下端斜面向外。向漏斗中加入液體須用玻璃棒引流，玻璃棒的下端輕靠在三層濾紙的 一邊。漏斗中的液體液面要低于濾紙邊緣等等。 復(fù)習(xí)沉淀洗滌操作。本次實(shí)驗(yàn)得到的氫氧化鋁需要用熱蒸餾水洗滌。洗滌方法：溶液 過(guò)濾完后，滴加少量熱蒸餾水，洗滌原燒杯壁和玻璃棒，再將此溶液倒入漏斗中。待洗滌液 過(guò)濾完后，再滴加少量熱蒸餾水，沖洗濾紙和沉淀。 復(fù)習(xí)一定物質(zhì)的量濃度的氫氧化鈉溶液和稀硫酸溶液的配制。本實(shí)驗(yàn)中學(xué)生如果以鋁 為原料制取氫氧化鋁，需要用到

4、氫氧化鈉溶液和稀硫酸溶液，要求學(xué)生事先用容量瓶配好所 需濃度的溶液。 掌握測(cè)定 pH 的方法。將 pH 放在玻璃片或表面皿上，用玻璃棒蘸取溶液點(diǎn)在 pH 試紙的 中部，與標(biāo)準(zhǔn)色卡對(duì)比。 實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn) 選用的鋁屑需要先除表面上的氧化膜。方法是：在燒杯中加入約 50 mL 稀 NaOH 溶液， 再放入足量的鋁屑。給溶液稍加熱，12 min 后用傾析法倒出稀 NaOH 溶液，用蒸餾水把鋁屑 沖洗干凈，干燥。稱量鋁屑的質(zhì)量，將鋁屑分為等質(zhì)量的四份，備用。 在盛有 1 份鋁的燒杯中加適量稀硫酸，使鋁屑反應(yīng)至不再有氣泡時(shí)趁熱過(guò)濾；在盛有,3 份鋁的燒杯中加入適量濃 NaOH 溶液，使鋁屑反應(yīng)至不再有氣泡時(shí)

5、趁熱過(guò)濾，然后將兩次過(guò) 濾得到的濾液倒在一起反應(yīng)。 洗滌沉淀應(yīng)用熱蒸餾水洗滌，反復(fù)操作，至溶液的 pH 為 78 為宜，這樣可以最大限 度增加雜質(zhì)的溶解度，制得較純的 Al(OH)3。 如果時(shí)間允許，可以用晾干的辦法干燥 Al(OH)3。由于 Al(OH)3 受熱分解溫度在 300 左右，有條件的學(xué)校也可以采用低溫烘干的辦法。 【實(shí)驗(yàn)要求】 由學(xué)生根據(jù)廉價(jià)、易得等原則選擇原料，確定反應(yīng)原理；設(shè)計(jì)可能的反應(yīng)路徑與實(shí) 驗(yàn)方案，從方法是否簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)與安全等方面進(jìn)行分析和比較，從中選出最佳方案，根據(jù)原 料特點(diǎn)或最后產(chǎn)物選擇合適分離、提純的方法；列出所需儀器與試劑，寫出實(shí)驗(yàn)步驟；根據(jù) 實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)

6、驗(yàn)裝置，畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖。 由學(xué)生配制實(shí)驗(yàn)所需的溶液，如配制一定物質(zhì)的量濃度的氫氧化鈉溶液和稀硫酸溶 液，NaOH 溶液的濃度大一點(diǎn)好 如實(shí)記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算出 Al(OH)3 的產(chǎn)率。 參考實(shí)驗(yàn)記錄整理與分析表：,（4）評(píng)價(jià)該實(shí)驗(yàn)主要考慮以下方面：本實(shí)驗(yàn)原料獲取情況（廉價(jià)、易得），實(shí)驗(yàn)方案是 否為本實(shí)驗(yàn)的最佳方案，所需試劑是否經(jīng)濟(jì)，分離提純是否方便，操作是否正確，產(chǎn)率的高 低等。 【建議與改進(jìn)】 （1）由于本實(shí)驗(yàn)是自主的開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)，建議在實(shí)驗(yàn)之前先組織學(xué)生進(jìn)行討論，讓學(xué)生比 較自己選定的原料和實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣，選出幾種符合教學(xué)實(shí)際情況的方案，分成幾個(gè)小組。 有的學(xué)生選擇的原料雖然容易獲得，方案可能也

7、比較完善，但是實(shí)際操作時(shí)不一定能在兩個(gè) 課時(shí)完成，或?qū)嶒?yàn)室不能提供所需的條件，不符合學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況。如果完全放開(kāi)由學(xué) 生發(fā)揮，教師可能無(wú)法控制而導(dǎo)致混亂，實(shí)際效果不一定好。,建議不要選擇 Al2O3 為原料制取氫氧化鋁，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中的 Al2O3 很難在稀硫酸和 稀 NaOH 溶液中溶解。教師最好在學(xué)生討論后演示 Al2O3 與酸、堿反應(yīng)的情況。 可能會(huì)有相當(dāng)一部分學(xué)生選擇以鋁為原料制取氫氧化鋁，但是學(xué)生不一定能聯(lián)想到 - Al3 與 AlO2 的雙水解促進(jìn)反應(yīng)，故教師應(yīng)在講課時(shí)充分利用教材第二個(gè)實(shí)踐活動(dòng)“AlCl3 與 NaOH 反應(yīng)”，將該知識(shí)點(diǎn)告知學(xué)生，給學(xué)生提示。 學(xué)生選擇以鋁為原

8、料制取氫氧化鋁，從理論上各需 H、OH3/4 mol，但實(shí)際操作 中 H、OH各 3/4 mol 不能將鋁恰好完全溶解。建議加入稍過(guò)量的酸和堿，盡量使過(guò)量的 H 和 OH的物質(zhì)的量相等，但不要過(guò)量太多。過(guò)濾掉雜質(zhì)后將溶液混合，完全反應(yīng)后再過(guò)濾。 由于生成的氫氧化鋁是膠狀沉淀，過(guò)濾較慢，為加快過(guò)濾速度，可以選用孔隙大的 快速濾紙過(guò)濾。 【問(wèn)題與討論】 原料的選擇以原料是否易得，價(jià)格是否便宜為原則，可按學(xué)生所選原料的來(lái)源歸 類。 制備方案遵循的原則是原料廉價(jià)，原理綠色，條件優(yōu)化，儀器、操作簡(jiǎn)單，分離方 便，實(shí)驗(yàn)室容易提供所需的條件。學(xué)生可對(duì)照以上標(biāo)準(zhǔn)找出自己設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。 判斷產(chǎn)物是否為 A

9、l(OH)3 的辦法是：一、取產(chǎn)物少許放在蒸發(fā)皿里加熱，白色膠狀 固體分解成白色粉末，有水蒸氣出現(xiàn)。二、另取產(chǎn)物少許，分成兩份，一份滴加氫氧化鈉溶 液，另一份滴加稀硫酸，沉淀都溶解，說(shuō)明制得的產(chǎn)品為氫氧化鋁。 【拓展實(shí)驗(yàn)】 利用廢銅屑制備硫酸銅 選用的廢銅屑如果比較細(xì)小，可放到石棉網(wǎng)上加熱，當(dāng)固體完全變黑后放入稀硫酸中溶 解。如果選用的是銅片或廢銅絲可直接在酒精燈外焰上灼燒（不可靠近內(nèi)焰，特別注意不要 靠近燈芯），當(dāng)固體完全變黑后溶解在稀硫酸中?？捎?Cu(OH)CO3 調(diào)節(jié)溶液的 pH3。要趁熱 過(guò)濾除去 Fe(OH)3，將濾液小火加熱到液面有晶膜時(shí)冷卻結(jié)晶，過(guò)濾得 CuSO45H2O。如果

10、要 制無(wú)水 CuSO4，將晶體放入坩堝，小心加熱（不能大火加熱，否則 CuSO4 分解），藍(lán)色晶體全 部變白后轉(zhuǎn)入干燥器內(nèi)冷卻，稱重；然后再加熱、冷卻稱重，兩次質(zhì)量差小于 01 g 即得無(wú) 水 CuSO4。 制金屬鍍件 本實(shí)驗(yàn)不能只用 Zncl2 溶液，否則電解時(shí)陰極會(huì)同時(shí)析出氫氣；鍍件表面要進(jìn)行去油、去 銹處理；電源的電壓也會(huì)直接影響電鍍結(jié)果的好壞，合適的電壓為 152 伏，不宜過(guò)高。,具體步驟為： 先將鍍件放入 1,mol/L 的 NaOH 溶液中加熱去油，再用 20%稀鹽酸洗，然后用清水洗凈,（清洗要快，防止鍍件表面氧化），將兩電極間隔 5cm 垂直放入電鍍槽，用 2 伏低壓直流電 源或一節(jié) 15 伏干電池（1 號(hào)電池或 5 號(hào)電池均可）通電 510 分鐘，鍍層呈現(xiàn)淺灰色，取 出鍍件放入鈍化液鈍化。 電鍍液的配制方法：在 1 000 mL 的大燒杯中加入約 800 mL 6070 沸騰后的水，加入約 250 g NH4Cl