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化学必修1第8讲从铝土矿到铝合金


第8讲

从铝土矿到铝合金

一、从铝土矿制备铝的工艺流程和原理
铝土矿
溶解 过滤

二氧化碳
酸化 过滤 滤液 灼烧 H2O


电解

NaOH溶液 残渣

①溶解: ②过滤: ③酸化: ④过滤:
<

br />Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
偏铝酸钠

除去杂质

NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
保留氢氧化铝
灼烧

⑤灼烧: 2Al(OH)3 ⑥电解: 2Al2O3

Al2O3+3H2O

通电

4Al+3O2↑

二、氧化铝和氢氧化铝的两性 1.氧化铝的化学性质 两性氧化物
两性氧化物:与碱反应生成盐和水,与酸反应生 成盐和水的氧化物。 Al2O 3 ? 6HCl ? 2AlCl3 ? 3H2O
Al2O 3 ? 2NaOH ? 2NaAlO ? H 2O 2

2.氢氧化铝的化学性质
(1)两性氢氧化物:与碱反应生成盐和水,与 酸反应生成盐和水的氢氧化物。 Al(OH)3 ? 3HCl ? AlCl3 ? 3H2O
Al(OH)3 ? NaOH ? NaAlO ? 2H2O 2

H++AlO2- +H2O

Al(OH)3

Al3++3OH-

酸式电离 碱式电离 3NaAlO2 +AlCl3 +6H2O=4Al(OH)3↓+3NaCl (2)受热分解
2Al(OH)3 △ Al2O 3 ? 3H2O

问题解决1:从铝土矿(主要成分是Al2O3,含SiO2、Fe2O3、 MgO等杂质)中提取两种工艺品的流程如下:

请回答下列问题:(1)流程甲加入盐酸后生成Al3+的方程式为 。 (2)流程乙加入烧碱后生成SiO32-的离子方程式为 。 (3)验证滤液B含Fe3+,可取少量滤液并加入 (填试剂名称)。 (4)滤液E、K中溶质的主要成份是 (填化学式),写出该溶液的 一种用途 。 (5)已知298K时,Mg(OH)2的容度积常数Ksp=5.6×10-12,取适量的 滤液B,加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡,测得pH=13.00,则此温 度下残留在溶液中的c(Mg2+) = 。

答案:(1)Al2O3+6H+=2Al3++3H2O (2)SiO2+2OH-==SiO32 -+H2O (3)硫氰化钾(或苯酚溶液等合理答案:)

(4)NaHCO3;制纯碱或做发酵粉等合理答案:
(5)5.6×10-10mol/L

三、铝的化学性质 铝元素的原子结构示意图
Al

铝在周期表中的位置?

容易失3e-

Al3+

结论: 铝有较强的还原性。

小结1:
Al
AlO2


OH-

Al2O3
Al(OH)3

H+

Al3+

Al(OH) — 4

问题解决2.下列各组离子一定能大量共 存的是 ( ) A.在含有大量AlO2-的溶液中: NH4+、Na+、Cl-、H+ B. 在含有大量Al(OH)4-的溶液中: Na+、Cl-、SO42-、 HCO3- C.在强碱溶液中: Na+、K+、 AlO2- 、NO3- D.在含有大量Al3+溶液中: HCO3- 、Na+、SO42-、Cl-

小结2:

.(2008江苏)研究反应物的化学计量数与产物之间 的关系时,使用类似数轴的方法可以收到的直观形象 的效果。下列表达不正确的是
C.AlCl3溶液中滴加NaOH后铝的存在形式:
3 Al(OH)3 Al3+ Al(OH)3 AlO24 AlO2n(NaOH) n(AlCl3)

请同学们判断一下C选项是否正确,并且描述在AlCl3 溶液中逐滴滴加NaOH溶液的反应过程。如果在NaOH 溶液中逐滴滴加AlCl3溶液,其过程又是怎么样的?

四、有关实验:

实验1:铝表面氧化膜的实验探究
将一块未擦去氧化膜的铝片放入20mL0.5mol.L-1CuSO4 溶液中,观察铝片表面的现象。 伴随着其它现象,什么现象?为什么?

硫酸铜溶液的浓度要小,最好不要超过课 本规定的0.5mol.L-1。 原因:硫酸铜溶液水解显酸性。若浓度过 大时,酸性太强,铝片表面的氧化膜被溶解, 与编者的设计意图相悖。

实验2.如何除去铝片表面的氧化膜?
方法1、用砂纸除去氧化膜 将一片擦去氧化膜的铝片放入20mL0.5mol/L的CuSO4 溶液中,观察铝片表面现象

出现一层海绵状暗红色物质, 产生气泡,溶液温度升高 2Al+3CuSO4=Al2(SO4)3+3Cu

方法2、用NaOH溶液除去氧化膜 铝片,用水冲洗后,放入盛有3mL6.0mol/L NaOH溶液的试管中,观察铝表面的现象。 1~2min后取出铝片,洗净,再放入20mL 0.5mol/L的硫酸铜溶液中,观察铝片表面现 象

实验3.如何增强铝片表面的氧化膜的保护作用?

方法:将另一擦去氧化膜的铝片放入盛有 浓硝酸的试管中
将另一擦去氧化膜的铝片放入盛有3mL 浓硝酸的试管中,观察现象。1min后取 出铝片,用水洗净,再放入20mL0.5mol/L CuSO4溶液的试管中,观察铝片表面的现象

某学校研究性学习小组设计实验探究铝等金属的性质:将一置 于空气中的铝片投入浓氯化铜溶液中,铝片表面出现一层海 绵状暗红色物质,接下来铝片上产生大量气泡,产生的气体, 具有可燃性,溶液温度迅速上升。若用同样的铝片投入同浓 度的硫酸铜溶液中,在短时间内铝片无明显变化。

(1)铝与氯化铜溶液能迅速反应,而与同浓度的硫酸铜溶液在 短时间内不反应的原因可能是___________。(填序号) A.铝与Cl—反应,铝与SO42—不反应 B.氯化铜溶液酸性比同浓度的硫酸铜溶液酸性强 C.硫酸铜水解生成硫酸使铝钝化 D.氯离子能破坏氧化铝表面薄膜,而硫酸根离子不能 E.生成氯化铝溶于水,而生成硫酸铝不溶于水 (2)铝片表面出现的暗红色物质是 。 (3)放出的气体是________,请从有关物质的浓度、能量、 是否有电化学作用等分析开始阶段产生气体的速率不断加快 的原因是 。

(4)某同学通过其它的实验操作,也能使铝片与硫酸铜溶

液反应加快,他采取的措施可能是______。 A.用砂纸擦去铝片表面的氧化膜后投入硫酸铜溶液中 B.把铝片投入热氢氧化钠溶液中一段时间后,取出洗涤, 再投入硫酸铜溶液中 C.向硫酸铜溶液中滴加氢氧化钠溶液,再投入铝片 D.向硫酸铜溶液中加入氯化钠固体,再投入铝片 (5)除去氧化铝的铝片与镁片为电极,在X电解质溶液中 构成原电池,列表如下:
选 项 A B C 铝电 极 负极 负极 正极 电解 质 NaO H 稀盐 酸 浓硝 酸 负极反应 2Al—6e—+8OH— =2AlO2—+4H2O 2Al—6e—=2Al3+ Mg+2e—=Mg2+ 正极反应 6H2O+6e—=6OH—+3H2↑ 6H++6e—=3H2↑ 2NO3—+4H+—4e— =2NO2↑+2H2O

其中正确的是____(填序号),由此推知,金属作电极不仅 与本身性质相关,而且与____有关。

? 答案)(1)D (2)Cu ? (3)H2; ①随着反应进行生成铝离子浓度 增大,水解程度增大,产生H+的浓度增大, ②该反应放热,升高温度反应加快,③铜 与铝构成原电池,加快铝溶解。 ? (4)A、B、D (5)A , 电解质性质(合理 解答同样给分)
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