必修1专题3 从铝土矿到铝合金.doc

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)3Al2O3＋3H2O；
④电解：2Al2O34Al＋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＋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。
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＋＋2SO。
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＋2H2O
总的离子方程式为：Al3＋＋4OH－===AlO＋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：
×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：
×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＋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)
溶解部分Al(OH)3需NaOH的物质的量为n2(NaOH)
Al3++3 OH-= Al(OH)3↓
1 3 1
0．2 mol n1(NaOH) 0．2 mol
n1(NaOH)=0．6 mol
Al(OH)3+ OH-= A1O2-+2H2O
1 1
0．1 mol n2(NaOH)
n2(NaOH)=0．1 mol
c(NaOH)=7 mol·L-
答案： C D
【点拨】向AlCl3溶液中，逐滴加入NaOH溶液先生成氢氧化铝沉淀，继续滴加，沉淀会溶解。
例3. 以氧化铝为原料制取氢氧化铝，最好的方法是(　　)
A．将氧化铝溶于水
B．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氨水
C．将氧化铝先溶于盐酸中，之后滴加氢氧化钠溶液
D．将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液中，之后滴加盐酸
解析　 以Al2O3为原料制取Al(OH)3，有两个途径：
Al2O3Al3＋Al(OH)3
Al2O3AlOAl(OH)3
因Al(OH)3可溶于强酸、强碱，故应选用Al3＋与弱碱反应或AlO与弱酸反应。
答案： B
【课堂练习】
1.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O，Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3做冶炼铝的原料，提取时操作过程如下图，指出图中操作错误的是（ ）

A. ④⑤ B. ③④ C. ②⑤ D. ①②
2.下列属于碱性氧化物的是__________属于酸性氧化物的是_________,属于两性氧化物的是__________
A．CO2 B．Fe2O3 C．SiO2 D．CO E．Al2O3 F．MgO
3.某化学兴趣小组用回收的镁铝合金制取氢气。现有10.8 g镁铝合金，下列说法正确的是(　　)
A．常温下与足量18 mol/L H2SO4溶液反应，最多可放出0.6 mol H2
B．常温下与足量2 mol/L HNO3溶液反应，最少可放出0.45 mol H2
C．常温下与足量2 mol/L H2SO4溶液反应，放出H2的物质的量在0.45 mol～0.6 mol之间
D．常温下与足量2 mol/L NaOH溶液反应，放出H2的物质的量在0.45 mol～0.6 mol之间
3.如何除去下列括号中的杂质(用化学方程式表示)？
①MgO(Al2O3) 。
②Na2CO3(NaHCO3) 。
4. 写出下列反应的化学方程式或离子方程式：
（1）氧化铝溶于氢氧化钾溶液
（2）氧化铝溶于硫酸溶液
（3）向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳至过量

5.电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.2mol电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝物质的量是多少？

答案1.A (过程④中，不是加盐酸，是通入二氧化碳，⑤是不是干燥，是灼烧) 2.BF；AC ；E
3. 解析：A中的硫酸是浓硫酸，与铝会发生钝化，所以A错
B，与硝酸反应不会产生氢气，所以B错
D. Mg不和氢氧化钠反应，D错 。所以选C
3 ． C
4.解析：Al 2O3溶于NaOH，而MgO不溶！所以加NaOH溶液，,
①Al 2O3 +2NaOH=2NaAlO2+H2O
②NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
5.（1）Al2O3+2 KOH = 2KAlO2 +H2O
或：Al2O3+2 OH- = 2AlO2 -+H2O
（2）Al2O3+3H2SO4 = Al2(SO4)3+3H2O
或：Al2O3+6H+ = 2Al3++3H2O
（3）NaAlO2 +H2O + CO2 = Al(OH)3↓＋NaHCO3
或：AlO2- +H2O + CO2 =Al(OH)3↓＋HCO3 -
6.设理论上能得到金属铝xg,需氧化铝ymol
由反应2Al2O3 4Al+3O2↑ 可找出如下关系：
Al2O3 ~ 2Al ~ 6e
1mol 54g 6mol
ymol xg 0.2mol
x=1.8g , y=0.033mol

【课堂小结】
本节重点是从铝土矿中提取铝的原理和流程，氧化铝和氢氧化铝的两性，及铝离子、氢氧化铝和偏铝酸根之间的转换 。从铝土矿中提取铝的原理和流程，铝离子、氢氧化铝和偏铝酸根间的转换也是本节难点
【课后作业】
1．电解法炼铝时，冰晶石的作用是 ( )
A. 助熔剂 B. 催化剂 C. 还原剂 D. 氧化剂
2.镁和铝所共有的性质是 ( )
A、都能溶于氢氧化钠溶液中 B、都与氧化铁反应
C、都能溶于冷的浓硝酸中 D、常温下在空气中点燃都能燃烧
3.下列物质中，既能与盐酸反应又能与氢氧化钠溶液反应的是 （ ）
①NaHCO3②Al2O3③Al(OH)3④NaAlO2 5.Na2CO3 ⑥5Al
A．②③ B．②③⑥ C．①②③⑥ D．全部
4．将Mg2+ 中的Al3+全部除去,可以使用的试剂是 （ ）
A．氢氧化钠溶液 B．氨水 C．浓硫酸 D．氢氧化钾溶液
5.将金属钠投入氯化铝溶液中，下列有关叙述一定正确的是 ( )
A.一定无沉淀生成 B.最后一定有沉淀生成，且有气体放出
C.一定有金属铝生成 D.溶液最后不一定澄清，但有气体放出
多项选择：
6．下列有关金属铝及其化合物的叙述正确的是(　　)
A．铝在常温下不能与氧气反应 B．铝能与氯气反应
C．铝既能溶于酸，又能溶于碱 D．氧化铝只能与酸反应，不能与碱反应
7．双羟基铝碳酸钠是医疗上常用的一种抑酸剂，其化学式是NaAl(OH)2CO3。关于该物质的说法正确的是(　　)
A．该物质属于盐类 B．该物质是Al(OH)3和Na2CO3的混合物
C．1 mol NaAl(OH)2CO3最多可消耗3 mol H＋ D．该药剂不适合于胃溃疡患者服用
8．将一定质量的Mg和Al混合物投入500 mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体。待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如下图所示。则下列说法正确的是(　　)
A．Mg和Al的总质量为9 g B．硫酸的物质的量浓度为5 mol/L
C．生成的H2在标准状况下的体积为11.2 L D．NaOH溶液的物质的量浓度为5 mol/L
非选择题
9. 某铝合金(硬铝)中含有镁、铜，为了测定该合金中铝的含量，有人设计如下实验：
(1)称取样品ag，该实验使用的仪器名称为_____ ___．
(2)将样品溶解于过量稀盐酸中，过滤，滤液中大量存在的离子主要含有_______________，滤渣中含有的物质是__________．本实验在溶解、过滤中使用的玻璃仪器有
(3)滤液中加入过量NaOH溶液，过滤．写出该实验中有关的化学方程式:

(4)上述滤液通入足量的CO2，过滤，将沉淀用蒸馏水洗涤数次后，烘干并灼烧至质量不再减少为止, 冷却后称重，质量为bg．计算该样品中铝的质量分数为______ __.（提示：本题中的沉淀应该为Al(OH)3 ，灼烧冷却后得到的固体应为Al2O3）
(5)(A)若实验3中，NaOH量不足，则测定结果__ ____(偏高、偏低、不影响)
(B)若实验4中沉淀没有洗涤，则结果____ __(偏高、偏低、不影响)
答案：1. A 2. B 3.C 4. B 5. D 6. BC 7. A D 8. A D
9.（1）托盘天平
（2）Cl—、 H+ 、 Mg2+和Al3+ , 铜， 烧杯、玻璃棒和漏斗
（3）MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl，
AlCl3＋3NaOH===Al(OH)3↓＋3NaCl，
Al(OH)3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O、
（4）9b/17a*100%
（5）偏低 、 偏高 (不洗涤就可能含有氢氧化钠，质量增加)