浙江省高三化學(xué) 第2單元6講 從鋁土礦到鋁合金課件 新人教版

一、從鋁土礦中提取鋁 方法一：Al2O36HCl 2AlCl33H2OFe2O36HCl 2FeCl33H2OAlCl34NaOH NaAlO23NaCl2H2OFeCl33NaOH Fe(OH)33NaClNaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO32Al(OH)3 Al2O33H2O 二、鋁的性質(zhì)和用途 金屬鋁呈_色，硬度_ ，密度_ ，熔點(diǎn)_ ，和鎂類似，鋁的主要用途是制造鋁合金，鋁優(yōu)良的導(dǎo)電性和密度小，使鋁大量用來(lái)制作導(dǎo)線。鋁元素位于元素周期表的第_周期第_族，化學(xué)性質(zhì)比較活潑，在反應(yīng)中多被氧化為Al3。1鋁可以在純氧氣中燃燒：4Al3O2 2Al2O3；2鋁與鹽酸反應(yīng)：2Al6HCl 2AlCl33H2；3鋁溶于NaOH溶液的反應(yīng)：2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2；4用鎂條引燃鋁粉和Fe2O3的混合物：2AlFe2O3 2FeAl2O3，這一反應(yīng)也被稱作鋁熱反應(yīng)。銀白小小較高三A高溫 三、鋁的重要化合物 1氧化鋁 氧化鋁屬于離子化合物，室溫下，它是一種白色固體，熔點(diǎn)很高。氧化鋁是冶煉鋁的原料，也是一種較好的耐火材料。 氧化鋁屬于典型的_氧化物，與酸、強(qiáng)堿都能反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：氧化鋁溶于鹽酸：Al2O36HCl 2AlCl33H2O。氧化鋁與燒堿溶液反應(yīng)：Al2O32NaOH 2NaAlO2H2O。電解熔融的氧化鋁：2Al2O3 4Al3O2。通電兩性 2氫氧化鋁 可溶性鋁鹽和氨水反應(yīng)可制得Al(OH)3，它是一種難溶于水的白色膠狀物質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸附能力。Al(OH)3受熱 _分解，是一種典型的不穩(wěn)定氫氧化物。Al33OH Al(OH)3 H H2O；Al(OH)3與鹽酸反應(yīng)：Al(OH)33H Al33H2O；Al(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)：Al(OH)3OH 2H2O；Al(OH)3受熱分解的化學(xué)方程式：2Al(OH)3 Al2O33H2O。 3明礬：KAl(SO4)212H2O 明礬易溶于水，完全電離：KAl(SO4)2 KAl32SO，其水溶液因Al3水解而顯_性。酸易2AlO2AlO 工業(yè)上冶煉鋁【例1】工業(yè)上用鋁土礦(主要成分是Al2O3，還有少量的Fe2O3、SiO2)提取冶煉鋁的原料氧化鋁。工藝流程如下圖：(1)原料A的名稱是_，步驟反應(yīng)的離子方程式是_。 (2)濾液1中要加入稍過(guò)量原料B，原料B的化學(xué)式是_，步驟反應(yīng)的離子方程式是_。 (3)步驟的化學(xué)方程式是_。 (4)如果省去步驟，即溶解鋁土礦是從加入原料 B 開 始 ， 則 會(huì) 對(duì) 氧 化 鋁 的 提 取 有 什 么 影 響_?！窘忉尅坑蔀V液2和石灰石煅燒產(chǎn)物之一(二氧化碳)反應(yīng)生成氫氧化鋁可知濾液2中含有AlO，從而可推知原料A是酸原料B是堿?！敬鸢浮?1)鹽酸(硫酸、硝酸)Al2O36H 2Al33H2O、Fe2O36H 2Fe33H2O(2)NaOH HOH H2O、Fe33OH Fe(OH)3、Al34OH AlO2H2O(3)NaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO3(4)若用NaOH溶液溶解鋁土礦，則有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸鈉，最后使加熱制得的Al2O3混有SiO2雜質(zhì)【遷移訓(xùn)練1】(嘉興二模)鋁是一種重要的金屬，在生產(chǎn)、生活中具有許多重要的用途，下圖是從鋁土礦中制備鋁的工藝流程：已知： (1)鋁土礦的主要成分是Al2O3，此外還含有少量SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)； (2)溶液中的硅酸鈉與偏鋁酸鈉反應(yīng)，能生成硅鋁酸鹽沉淀，化學(xué)反應(yīng)方程式為：2Na2SiO32NaAlO22H2O Na2Al2Si2O84NaOH?；卮鹣铝袉?wèn)題： (1)寫出向鋁土礦中加入足量氫氧化鈉溶液后，該步操作中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：_ _ 。(2)濾渣A的主要成分為_ ；濾渣A的用途是_ (只寫一種)；實(shí)驗(yàn)室過(guò)濾時(shí)使用玻璃棒，其作用是_ 。Al2O32OH 2AlOH2O、SiO22OH SiOH2O煉鐵的原料(或生產(chǎn)硅酸鹽產(chǎn)品的原料)Fe2O3、Na2Al2Si2O8引流 (3)在工藝流程第三步中，選用二氧化碳作酸化劑的原因是 _ _ 。 (4)若將鋁溶解，下列試劑中最好選用_ (填編號(hào))。 A濃硫酸B稀硫酸C稀硝酸 理由是 _ _ _ _B 經(jīng)過(guò)足量氫氧化鈉溶液的溶解，大部分鋁元素均以NaAlO2的形式存在于濾液中，通入過(guò)量二氧化碳可以將NaAlO2完全轉(zhuǎn)化為Al(OH)3 鋁與濃硫酸在常溫下發(fā)生鈍化，加熱溶解會(huì)產(chǎn)生有毒氣體SO2，原料利用率低；稀硝酸能溶解鋁但會(huì)產(chǎn)生NO氣體，污染空氣，硝酸利用率低；而鋁與稀硫酸反應(yīng)速率較快，產(chǎn)生的H2對(duì)空氣無(wú)污染 【解釋】(1)Al2O3屬于兩性氧化物，SiO2屬于酸性氧化物，都能與強(qiáng)堿反應(yīng)。 (2)利用題目給出的信息“硅鋁酸鹽沉淀”，可以知道濾渣A的主要成分是Fe2O3、Na2Al2Si2O8。對(duì)于濾渣A的用途一般很容易想到其可以作為煉鐵的原料。 (3)因?yàn)锳l(OH)3是兩性氫氧化物，若用強(qiáng)酸酸化濾液時(shí)，無(wú)法保證將全部鋁元素轉(zhuǎn)化為Al(OH)3過(guò)濾出來(lái)。(4)分析問(wèn)題時(shí)，一般要同時(shí)考慮生產(chǎn)效益(原料利用率)和環(huán)保問(wèn)題。 鋁與酸堿的反應(yīng)【例2】 (衢州二模)某課外小組對(duì)一些金屬單質(zhì)和化合物的性質(zhì)進(jìn)行研究。 (1)下表為“鋁與氯化銅溶液反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)報(bào)告的一部分：實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將打磨過(guò)的鋁片(過(guò)量)放入一定濃度的CuCl2溶液中產(chǎn)生氣泡，析出疏松的紅色固體，溶液逐漸變?yōu)闊o(wú)色反應(yīng)結(jié)束后分離出溶液備用紅色固體用蒸餾水洗滌后，置于潮濕空氣中一段時(shí)間后固體由紅色變?yōu)榫G色設(shè)其主要成分為Cu2(OH)2CO3 按反應(yīng)類型寫出實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式各一個(gè)(是離子反應(yīng)的只寫離子方程式) 置換反應(yīng)_； 化合反應(yīng)_。 (2)用石墨作電極，電解上述實(shí)驗(yàn)分離出的溶液，兩極產(chǎn)生氣泡。持續(xù)電解，在陰極附近的溶液中還可以觀察到的現(xiàn)象是_。解釋此現(xiàn)象的離子方程式是_。 (3)工業(yè)上可用鋁與軟錳礦(主要成分為MnO2)反應(yīng)來(lái)冶煉金屬錳。 用鋁與軟錳礦煉錳的原理是(用化學(xué)方程式來(lái)表示)_。 MnO2在H2O2分解反應(yīng)中作催化劑。若將適量MnO2加入酸化的H2O2的溶液中，MnO2溶解產(chǎn)生Mn2，該反應(yīng)的離子方程式是_?！窘忉尅?1)CuCl2溶液中Cu2的水解使溶液呈酸性，所以會(huì)有2Al6H 2Al33H2，也有2Al3Cu2 2Al33Cu；單質(zhì)銅在潮濕空氣中由紅色變?yōu)榫G色，化學(xué)方程式為2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO3。 (2)用石墨作電極，電解AlCl3溶液，電解的方程式為2AlCl36H2O 2Al(OH)33H23Cl2。持續(xù)電解，電解水，陰極：2H2O2e H22OH從而使陰極區(qū)OH濃度增大，所以會(huì)看到有白色沉淀生成，后沉淀逐漸溶解至消失。(3)類似于鋁熱反應(yīng)；根據(jù)題意可寫出離子方程式：MnO2H2O22H Mn2O22H2O【答案】(1)2Al6H 2Al33H2或2Al3Cu2 2Al33Cu2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO3 (2)有白色沉淀生成，后沉淀逐漸溶解至消失Al33OH Al(OH)3、Al(OH)3OH- 2H2O (3)3MnO24Al 3Mn2Al2O3MnO2H2O22H Mn2O22H2O-2AlO【遷移訓(xùn)練2】(寧波二模)甲、乙兩燒杯中各盛有100 mL 3molL1的鹽酸和氫氧化鈉溶液，向兩燒杯中分別加入等質(zhì)量的鋁粉，反應(yīng)結(jié)束后測(cè)得生成的氣體體積比為甲 乙1 2，則加入鋁粉的質(zhì)量為( )A5.4 g B3.6 gC2.7 g D1.8 gA【解釋】若甲、乙兩燒杯中Al完全反應(yīng)，產(chǎn)生H2的體積比為1 1。據(jù)：2Al6HCl 2AlCl33H22Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2 若甲、乙兩燒杯中各0.3 mol的鹽酸和NaOH完全反應(yīng)，產(chǎn)生H2的體積比為1 3。 現(xiàn)甲、乙兩燒杯中放出H2的體積比為1 2，則甲燒杯(HCl)中Al過(guò)量而乙燒杯(NaOH)中Al不足，堿過(guò)量。2Al6HCl AlCl33H2 0.3 mol 0.15 mol2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2 54 g 0.15 mol2 “鋁三角”的轉(zhuǎn)化【例3】 2005年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)被授予巴里馬歇爾(Barry JMarshall)和羅賓沃倫(J.Robin Warren)，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了幽門螺桿菌以及該細(xì)菌對(duì)消化性潰瘍病的致病機(jī)理。治胃病的藥物中通常含有氫氧化鋁。某研究性學(xué)習(xí)小組根據(jù)原理設(shè)計(jì)了如下五種制備方案：A鋁屑與硫酸反應(yīng)，然后再加入氫氧化鈉溶液沉淀鋁離子B鋁屑與硫酸反應(yīng)，然后再加氨水沉淀鋁離子C鋁屑與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)，再加入硫酸生成氫氧化鋁D鋁屑與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)，再通入二氧化碳生成氫氧化鋁E鋁屑先分別與硫酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)，然后再將二者反應(yīng)后的混合液再混合，生成氫氧化鋁 (1)你認(rèn)為_方案最佳。 (2)在你選擇的最佳方案中，如何調(diào)整反應(yīng)物的比 例 ， 從 理 論 上 使 鋁 全 部 轉(zhuǎn) 化 成 氫 氧 化 鋁 ：_?！窘忉尅?1)因?yàn)闅溲趸X是兩性氫氧化物，易溶于強(qiáng)酸強(qiáng)堿，所以A、C難于控制加酸或堿的量，舍去；B方案：2Al3H2SO4 Al2(SO4)33H2，Al2(SO4)36NH3H2O 2Al(OH)33(NH4)2SO4；D方案：2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2，NaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO3；E方案：2Al3H2SO4 Al2(SO4)33H2，2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2，Al33AlO6H2O 4Al(OH)3。以生成8 mol氫氧化鋁為標(biāo)準(zhǔn)，需要原料如下：比較上述B、D、E方案耗原料量可知，E最省原料。 (2)根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式中反應(yīng)物計(jì)量數(shù)投入原料可以獲得最大產(chǎn)品量。根據(jù)E方案知，與硫酸反應(yīng)的鋁的量 與氫氧化鈉反應(yīng)的鋁的量1 3時(shí)，鋁元素能全部轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁。【答案】 (1)E(2)使與硫酸反應(yīng)的鋁的量 與氫氧化鈉反應(yīng)的鋁的量1 3H2SO4(CO2) NaOH(NH3H2O)Al(OH)3B方案12 mol24 mol8 molD方案8 mol8 mol8 molE方案3 mol6 mol8 mol【遷移訓(xùn)練3】(將100 mL 3 molL1的NaOH溶液與100 mL 3 molL1的AlCl3溶液按下列兩種方法混合：(1)將NaOH溶液逐滴滴入AlCl3溶液中；(2)將AlCl3溶液逐滴滴入NaOH溶液中，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論正確的是( )A現(xiàn)象相同，沉淀量相等B現(xiàn)象相同，沉淀量不等C現(xiàn)象不同，沉淀量相等D現(xiàn)象不同，沉淀量不等C 【解釋】將NaOH溶液與AlCl3溶液混合時(shí)，混合的方式不同，產(chǎn)生的現(xiàn)象不同。按照(1)的操作，開始滴加就有沉淀生成，離子方程式為Al33OH Al(OH)3，Al3與OH按物質(zhì)的量1 3發(fā)生反應(yīng)，由于n(Al3)n(OH)0.3 mol，故OH不足，Al3剩余，沉淀不會(huì)溶解。 按照(2)的操作，開始無(wú)沉淀，當(dāng)AlCl3溶液滴到25 mL以后才開始出現(xiàn)沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：開始時(shí)：Al34OH AlO2H2O?？梢钥闯?，該反應(yīng)中，n(Al3)與n(OH)按1 4反應(yīng)， 故25 mL AlCl3加入其中時(shí)Al3全部以 形式存在，當(dāng)25 mL以后再加AlCl3時(shí)發(fā)生反應(yīng)：Al33 6H2O 4Al(OH)3，當(dāng)Al3過(guò)量時(shí)，也不會(huì)使沉淀溶解，所以C正確。2AlO2AlO 鋁的化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系的圖像 【例4】 (1)向100 mL 0.1 molL1 AlCl3溶液中逐滴滴加0.1 molL1的NaOH溶液，當(dāng)?shù)渭觃mL時(shí)沉淀量最多，繼續(xù)滴加NaOH溶液_mL時(shí)沉淀恰好完全溶解。 (2)將50 mL某未知濃度的AlCl3溶液分別加到60.0 mL 1.0 molL1的NaOH溶液或60.0 mL 3.0 molL1的NaOH溶液中，均能得到1.56 g Al(OH)3沉淀。則此AlCl3溶液的濃度可能是_molL1。【答案】 (1)300100(2)1【遷移訓(xùn)練4】(麗水期末)下圖為一定量AlCl3溶液中加入NaOH溶液后，產(chǎn)生Al(OH)3白色沉淀的質(zhì)量與NaOH的物質(zhì)的量之間的關(guān)系曲線。試回答： (1)A點(diǎn)時(shí)已參加反應(yīng)的AlCl3和NaOH的物質(zhì)的量之比為1 3。 (2)寫出下列曲線代表的離子反應(yīng)方程式：OA段Al33OH Al(OH)3，AB段Al(OH)3OH AlO2H2O。 (3)B處溶液中存在的濃度最大的離子是_ (填離子符號(hào))。向B處生成的溶液中通入二氧化碳，可見(jiàn)到的現(xiàn)象是_ 。 (4)向含有0.1 mol NH4Al(SO4)2溶液中逐滴加入5 molL1 NaOH溶液，開始發(fā)現(xiàn)溶液中出現(xiàn)白色沉淀并逐漸增多；一段時(shí)間后有刺激性氣味的氣體逸出；最后白色沉淀逐漸減少并最終消失。請(qǐng)?jiān)谙聢D中畫出生成沉淀的物質(zhì)的量與加入NaOH溶液體積的關(guān)系示意圖。Na生成白色沉淀【解釋】一定量AlCl3溶液中加入NaOH溶液后，可以得到如下表的信息：反應(yīng)nAl(OH)3溶液中溶質(zhì)溶液中各離子的關(guān)系OAAlCl33NaOH Al(OH)33NaCln(OH)/3AlCl3、NaCln(Cl)n(Na)3n(Al3)A點(diǎn)NaCln(Na)n(Cl)ABAl(OH)3 +NaOHNaAlO22H2O4n(Al3)n(OH)NaCl、NaAlO2n(Na)n(Cl)n(AlO)NaCl、NaAlO2n(Na)n(Cl)n(AlO)B點(diǎn) 一定量NH4Al(SO4)2溶液中加入NaOH溶液后，可以用如下的分析方法：NH4Al(SO4)2 Al32 ，可能發(fā)生的反應(yīng)有：Al33OH Al(OH)3，NHOH H2ONH3，Al(OH)3OH 2H2O 按反應(yīng)順序有如下組合： (1)若按次序進(jìn)行反應(yīng)，首先產(chǎn)生白色沉淀，當(dāng)Al(OH)3完全沉淀后， 與OH反應(yīng)生成NH3，此時(shí)Al(OH)3沉淀不溶解，當(dāng) 反應(yīng)完畢后，Al(OH)3沉淀才與NaOH溶液反應(yīng)而溶解?？梢缘玫饺绱鸢钢械膱D像。4NH24SO2AlO4NH4NH (2)若按次序進(jìn)行反應(yīng)，首先 與OH反應(yīng)生成NH3，此時(shí)，溶液中的Al3會(huì)與生成的NH3反應(yīng)而產(chǎn)生Al(OH)3沉淀，故就是(1)情況。 (3)若按次序進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)反應(yīng)后，得到 ，此時(shí)，會(huì)發(fā)生H2O Al(OH)3NH3的反應(yīng)，故也是(1)情況。 綜上所述，反應(yīng)的次序?yàn)椤?AlO4NH4NH2AlO1.將表面已完全鈍化的鋁條，插入下列溶液中，不會(huì)發(fā)生反應(yīng)的是( )A稀硝酸 B稀鹽酸C硝酸銅 D氫氧化鈉【解釋】鋁被鈍化后生成物為Al2O3，Al2O3與酸堿均反應(yīng)，與Cu(NO3)2不反應(yīng)。C2.將3.9 g鎂鋁合金，投入到500 mL 2 mol/L的鹽酸中，合金完全溶解，再加入4 mol/L的NaOH溶液，若要生成的沉淀最多，加入的這種NaOH溶液的體積是( )A125 mL B200 mL C250 mL D560 mL 【解釋】用終態(tài)法解，生成的產(chǎn)物為氯化鈉和氫氧化鎂、氫氧化鋁沉淀，則物質(zhì)的量：n(Cl)n(HCl)n(Na)n(NaOH)，VNaOH(aq)500 mL 250 mL 。 C 243.(嘉興二模)向含有1 mol明礬的溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，充分反應(yīng)，下列說(shuō)法不正確的是( )A當(dāng)Al3恰好完全沉淀時(shí)，消耗Ba(OH)2 1.5 mol B當(dāng)SO恰好完全沉淀時(shí)，Al3全部轉(zhuǎn)化為AlOC當(dāng)向溶液中加入1.5 mol Ba(OH)2時(shí)，反應(yīng)可用下列離子方程式表示：2Al33SO3Ba26OH 2Al(OH)33BaSO4D隨著加入的Ba(OH)2的物質(zhì)的量不斷增大，沉淀的物質(zhì)的量不斷增大 D 【解釋】1 mol KAl(SO4)2中含1 mol Al3、2 mol SO，根據(jù)離子反應(yīng)Al33OH Al(OH)3，Ba2SO BaSO4，Al(OH)3OH AlO2H2O可進(jìn)行分析計(jì)算。A項(xiàng)：1 mol Al3完全沉淀需3 mol OH，即消耗Ba(OH)2 1.5 mol，正確；B項(xiàng)：2 mol SO完全沉淀需2 mol Ba(OH)2，則引入了4 mol O H， A l3 全 部 轉(zhuǎn) 化 為 A l O ， 正 確 ； C 項(xiàng) ：nKAl(SO4)2 nBa(OH)22 3，離子方程式正確；D項(xiàng)：隨著Ba(OH)2的加入，Al(OH)3完全沉淀前，沉淀物質(zhì)的量增加，Al(OH)3開始溶解后，沉淀的物質(zhì)的量減少，D不正確。4.某無(wú)色透明溶液與鋁反應(yīng)放出H2，該溶液中可能含有大量的H、K、Mg2、Cl、OH、 、 等離子，試推斷：第一種情況一定有_離子，可能有_離子。第二種情況一定有_離子，可能有_離子。H、ClK、Mg2OH、KCl、 、 23CO3NO+4NH2-3CO【解釋】與鋁反應(yīng)放出H2的溶液，可能是強(qiáng)酸性溶液，也可能是強(qiáng)堿性溶液，若為強(qiáng)酸性溶液一定有H，凡與H能反應(yīng)的一律排除，OH、 都被排除。另外還要考慮HNO3的強(qiáng)氧化性，在酸性條件下，不能使Al與之反應(yīng)而放出H2，故又被排除，考慮電荷守恒，必有陰離子，故Cl必須存在。若該溶液是強(qiáng)堿性溶液，一定有OH，H、Mg2被排除，考慮電荷守恒，必定有K，Cl、 、 可能存在。23CO3NO