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1、,专题3 从矿物到基础材料,专题3 从矿物到基础材料,铁矿石,铜矿石,铝土矿,水晶石,第一单元 从铝土矿到铝合金,生活中的铝,“铝的传说与历史”,拿破仑三世,铝的存在：,铝是地壳中含量最多的金属元素,铝在地壳中以化合态存在,为什么选择从氧化铝中提取铝？,追根寻源,冶炼铝方法的探索史,1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝加热反应制得了铝。1854年，法国化学家德维尔改用金属钠与无水氯化铝加热反应制得了铝。但因钾、钠太昂贵了，无法实现大规模生产。,1886年，美国化学家霍尔采用电解法，尝试对高纯度的氧化铝进行熔融电解制铝。在研究过程中他采用添加冰晶石(Na3AlF6)的办法，使氧化铝的熔
2、点从2054降低到1000左右，从而减少了冶炼过程的能耗，制得了铝，成为现代工业化制铝方法上的里程碑。,电解法制铝,1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。可是氧化铝的熔点（2054）很高，采用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，生产中的能量消耗很大。1986年，霍尔在氧化铝中添加了助熔剂冰晶石Na3AlF6,大大降低了氧化铝熔融温度，从而减少了电解过程中的能量消耗，使铝及其合金成了为人类提供多方面重要用途的材料。当时，霍
3、尔还不满23周岁。,氧化铝,铝,铝土矿,铝土矿（主要成分为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）,如何将铝土矿（主要成分为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）中Al2O3提纯？,交流与讨论,资料卡,注意：溶液中的NaAlO2 、Na2SiO3与NaOH在一定条件下会生成铝硅酸钠沉淀,Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,不反应,Al2O3+ 2NaOH=2NaAlO2+H2O,不反应,SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O,盐酸,氢氧化钠溶液,如何将铝土矿（主要成分为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质
4、）中Al2O3提纯？,交流与讨论,资料卡,一、从铝土矿中提取铝,较纯的Al2O3,铝土矿,铝,提纯主要过程如下：,铝土矿,残渣,滤液,NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3,悬浊液,沉淀：Al(OH)3,滤液,较纯的Al2O3,铝,冰晶石,从铝土矿制备铝的工艺流程：,Al,电解Al2O3,提纯Al2O3,概括整合,从自然界中提取金属,自然界中的金属大都以化合态存在,用化学的方法把化合态的金属变成游离态,要考虑的问题,矿物的提纯（富集）,合适的冶炼方法,任务：查找有关从矿石中提取铁和铜资料，对比 上述分析思路,看是否具有一般性。,资料卡片,铝的再生新世纪材料的亮点,再生铝又
5、称二次铝，是目前废物界最有价值的材料，现在世界每年从废铝回收的铝量约为 400万吨，相当于每年铝产量的 25 左右。与以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝合金能耗仅为新铝的 2.6 %，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理废液、废渣1.9吨。,二、铝的氧化物与氢氧化物,（一）氧化铝（Al2O3）,1.物理性质：Al2O3是一种白色难熔的固体,不溶于水，可作耐火材料(熔点2050) (天然产称作刚玉),价值连城 的宝石,闪耀着六射星光的天然蓝宝石“亚洲之星”重330克拉，缅甸产，世界著名珍宝，现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。,天然红宝石“罗斯利夫斯”，重138
6、.7克拉，斯里兰卡产，世界著名珍宝。现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。,精美的氧化铝陶瓷制品,耐火坩埚,耐火砖,燃器具点火瓷头,探究氧化铝的重要化学性质,加盐酸氧化铝、氧化铁均溶解，加氢氧化钠溶液氧化铝溶解，而氧化铁不溶解。,碱,两,Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O,Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,2.化学性质：,（1）与酸反应：,Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O,Al2O3+6H+=2Al3+3H2O,（2）与强碱反应：,Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O,Al2O3+2OH-=2AlO2- +H2
7、O,(Al2O3是典型的两性氧化物),（Al2O3表现了酸性氧化物的性质）,既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物,3.用途：液态Al2O3被电解生成铝和氧气，氧化铝是冶炼铝的主要原料。,注意：氧化铝不能跟水发生反应，不能用氧化铝直接合成氢氧化铝。,1.物理性质:,氢氧化铝是几乎不溶于水的白色固体.在水溶液中新生成的氢氧化铝呈胶状,能凝聚水中悬浮物,又有吸附色素的性能。,氢氧化铝胶体可用作净水剂、色素吸附剂等。,(二)氢氧化铝 Al(OH)3,(1)不稳定性：,这是工业上制取纯净氧化铝的方法。,2.氢氧化铝的化学性质：,现象：Al(OH)3沉淀在NaOH和HCl溶
8、液里都溶解,(2) 两性氢氧化物：,Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O,Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O,与强碱反应：,Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O,Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O,与酸反应：,氢氧化铝既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱 反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。,常用此鉴别Al(OH)3,氢氧化铝的两性可以下电离方程式来说明： 当Al(OH)3遇碱时反应向左方向发展，遇酸时反应向右方向发展。 注意：(1)氢氧化铝作为碱时是三元碱；作为酸时是一元酸。 (2)氢氧化铝与酸碱反应时，弱酸、弱碱是不能把氢氧化铝溶解的。,酸式电离
9、碱式电离,H+AlO2-+H2O Al(OH)3 Al3+3OH-,反思延伸,沉淀,AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3,AlCl3 + 3NH3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl,方案一:,NaOH,AlCl3,弱碱,强碱,方案二:,AlCl3,NH3H2O,Al(OH)3+NaOH= NaAlO2+2H2O,沉淀不溶解,不溶解于氨水,制备氢氧化铝,反思延伸,Al(OH)3 + 3HCl= AlCl3 + 3H2O,NaAlO2HClH2OAl(OH)3+NaCl,强酸,弱碱,盐酸,NaAlO2,方案三:,方案四:,NaAlO2,CO2,沉淀,NaAlO2CO22H2
10、OAl(OH)3NaHCO3,不溶解于碳酸,沉淀,制备氢氧化铝,Al2(SO4)3溶液中加入少量NH3H2O,现象：生成白色胶状沉淀,Al2(SO4)36NH3H2O = 2Al(OH)3 3(NH4)2SO4,Al3+ 3NH3H2O = Al(OH)3 +3NH4+,-实验室制取Al(OH)3方法,（3）实验室制备氢氧化铝：,NaAlO2溶液中通入CO2,现象：生成白色胶状沉淀,（3）实验室制备氢氧化铝：,NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ NaHCO3 （足量CO2 ) AlO2- + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ HCO3-,2NaAlO2 +
11、CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3+ Na2CO3 （少量CO2 ) 2AlO2- + CO2 + 3H2O =2 Al(OH)3+ CO32-,知识小结铝三角关系,Al2O3,Al3+,3mol NH3H2O或OH,Al(OH)3,AlO2,CO2、 H2O或H+,3mol H+ (强酸),H+ (强酸),OH(强碱),OH(强碱),4mol OH- (强碱),4mol H+(强酸),加 热,（4）氢氧化铝的用途,胃舒平又名复方氢氧化铝，是由能中和胃酸的氢氧化铝和三硅酸镁两药合用，并组合解痉止痛药颠茄浸膏而成。,胃液中含有盐酸，胃酸过多的人常有胃疼烧心的感觉，易吐酸水，服用适量的小苏
12、打（NaHCO3），能治疗胃酸过多，请写出其反应的离子方程式： 如果病人同时患胃溃疡，为防胃壁穿孔，不能服用小苏打，原因是： 此时最好用含氢氧化铝的胃药（如胃舒平）离子方程式：,H+ HCO3-= H2O +CO2 ,反应过程有二氧化碳生成，压力增大加剧胃穿孔；,Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O,(三)硫酸铝钾 KAl(SO4)2 ,KAl(SO4)2 12H2O 俗名 明矾,KAl(SO4)2=K+Al3+2SO42-,明矾的净水作用：电离出的铝离子与水反应生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附作用，它能凝聚水中的悬浮物使之沉降，达到净水目的。,Al 3+ + 3H2O 3H+ + A
13、l(OH)3 (胶体),与铝及其化合物相关的图像问题,向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 AB Al3OH- = Al(OH)3 BC OH-Al(OH)3 = AlO2-2H2O,练习,1.向30mL1molL1的AlCl3溶液中逐渐 加入浓度为4moll1的NaOH溶液，若产 生0.78g白色沉淀，则加入的NaOH溶液 的体积可能为（ ） A3mL B7.5mL C15mL D27.5mL,解析：利用图形一目了然地看到碱的量有两个值 0.03mol4mo1L17.5mL。 0.11mol4mo1L127.5mL。,答案：BD,三、铝,铝为 银白色 金属，熔沸点较低 ，硬度较 小 ，
14、密度较 小 ，导电性仅次 于 银 、 铜 和 铁 ，居第 四 位； 铝元素在地壳中含量丰富，居 三 位。 是地壳中含量 第一 的金属元素。,(一)铝的物理性质,(二)原子结构,Al3,Al,K Ca Na Mg Zn Fe Sn Pb H Cu Hg ,Al的化学性质活泼,具有较强还原性,Al,活动与探究,将几小块用砂纸打磨过的铝条分别放入四支洁净试管,再向试管中分别加入浓硫酸、浓硝酸、6mol/L的盐酸、6mol/L的氢氧化钠各3mL,观察实验现象.,1.与非金属单质,如，氧气 氯气 硫,2.与水反应,铝与冷水不反应，与热水反应缓慢。,(三)铝的化学性质,3.与酸的反应,与硫酸溶液反应,2A
15、l+6HCl=2AlCl3+3H2,2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 ,与浓硫酸、浓硝酸,？,与盐酸反应,铝的钝化,在常温下,铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密氧化膜而发生钝化，从而阻止内部金属进一步发生反应。,*浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器中，可用铝槽车运输,3. 与酸的反应,（1）在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化。,（2）在热的浓硫酸、浓硝酸，稀硝酸 中反应，但不产生氢气。,(3)与稀硫酸，盐酸等反应产生氢气。,氧化性酸,非氧化性酸,钝化是不反应么？,4. 铝与碱溶液反应,2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2,(还原剂),(氧化剂),指出上面反应的氧化剂和还原剂？ 为什么铝制餐具不宜蒸煮或长期存放有酸性和碱性的食物？,？,偏铝酸钠,2Al+2NaOH+6H2O =2NaAlO2+ 4H2O +3H2,5.与某些金属氧化物反应,实验铝热反应,现象：,剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的 烟，纸漏斗被烧穿，有红热液珠落下，液珠 冷却后变为黑色。,铝热反应：,铝在高温条件下和某金属氧化物发生 的反应,铝热剂：,铝粉和金属氧化物（V2O5、Cr2O3、Fe3O4）的混合物,1.Mg条和KClO3的 作用：,引燃剂,2.铝热反应的应用：,焊接钢轨和冶炼金属,铝热反应用于焊接钢轨,练习： 写出Al分
