資源簡介

(共27張PPT)
鋁的重要化合物
鋁的冶煉及模擬工業(yè)從鋁土礦提純氧化鋁
Al Al2O3 Al(OH)3 AlCl3 、NaAl(OH)4 / NaAlO2
復(fù)習(xí)目標(biāo)：
了解鋁的重要化合物的存在、性質(zhì)和用途；
1
掌握工業(yè)提取鋁的一般方法。
2
1746年,法國科學(xué)家拉瓦錫證實不能用碳等還原劑還原氧化鋁:
1825年,丹麥奧斯特利用金屬鉀還原氯化鋁獲得少量的鋁
1854,法國的德維爾利用金屬鈉還原 NaAlCl4得到了一定量的鋁;
1886年,美國的化學(xué)系學(xué)生霍爾和法國的埃魯分別發(fā)現(xiàn)了冰晶石一氧化鋁熔鹽電解法化獲得金屬鋁。
[問題](1)科學(xué)家們在探索中采用了哪些冶煉金屬的一般方法
(2)門捷列夫在1857年獲得的鋁制獎杯是哪位科學(xué)家的研究成果，
為何當(dāng)時鋁比黃金貴？
原料難得，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量小
Al的冶煉歷程
課程導(dǎo)入
霍爾-埃魯電解法： 把氧化鋁熔化在熔融的冰晶石（Na3AlF6）中進(jìn)行電解, 終于看到小球狀的鋁聚集在陰極上。
2Al2O3=== 4Al+3O2↑
通電
冰晶石
助熔劑：使氧化鋁的熔融溫度由2050℃降低到1000℃，大降低成本，使鋁得到大規(guī)模生產(chǎn)。
鋁土礦：
Al2O3，少量SiO2，F(xiàn)e2O3
Al2O3
Al
大規(guī)模冶煉鋁的原料從何而得？鋁在自然界的主要存在形式？
思考
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
濾渣
過量鹽酸
過量燒堿
濾渣
濾渣
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
濾渣
過量燒堿
濾渣
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
Al2O3的提純工藝：酸溶法、堿溶法等，目前廣泛應(yīng)用的是堿溶法
｛問題1】
鋁土礦為何可以酸溶，也可以堿溶？
一、鋁的氧化物——Al2O3
1.Al2O3的物理性質(zhì)：
俗稱剛玉，紅寶石，藍(lán)寶石的主要成分都是Al2O3 ,白色固體，難溶于水，熔點(diǎn)高（2050℃），也很堅固，可作耐火材料—耐火坩堝、耐火管、耐高溫的實驗儀器.
含Cr元素
含Ti元素
2.Al2O3的化學(xué)性質(zhì)：
1、制備鋁的原料：2Al2O3===4Al+3O2↑
通電
冰晶石
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 6H+ == 2Al3+ + 3H2O
Al2O3 + 2OH- == 2AlO2-+ H2O
2、兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的金屬氧化物
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
模擬工業(yè)酸溶法提純氧化鋁：
（提示：Fe2O3為堿性氧化物，SiO2為酸性氧化物， Al(OH）3受熱易分解。
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
SiO2不與HCl反應(yīng)
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
鋁土礦與過量HCl溶液：
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
濾渣
過量鹽酸
過量燒堿
濾渣
濾渣
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
SIO2
HCl
AlCl3
FeCl3
工藝流程基本思路：
對比原料與產(chǎn)物，分析須除雜質(zhì)
看清需要濾液 or 濾渣
模擬工業(yè)酸溶法提純氧化鋁：
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
HCl
AlCl3
FeCl3
濾渣
過量鹽酸
過量燒堿
濾渣
SIO2
濾渣
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
思考1：
為何要向濾液（ AlCl3、FeCl3和過量的HCl ）中滴加過量燒堿，能否用氨水替代？
實驗1：
NH3 H2O
AlCl3
NaOH
AlCl3
NaOH
FeCl3
產(chǎn)生白色沉淀，滴加過量氨水沉淀不溶解。
說明氫氧化鋁不溶于弱堿（一水合氨）
先逐漸產(chǎn)生白色沉淀至最大量，繼續(xù)滴加氫氧化鈉沉淀溶解。
說明氫氧化鋁溶于強(qiáng)堿氫氧化鈉。
加氫氧化鈉直至過量，產(chǎn)生紅褐色沉淀，且不溶解。
說明氫氧化鐵不溶于堿。
HCl
AlCl3
FeCl3
過量燒堿
濾渣
（能否用氨水替代）
NaCl
NaOH
NaAlO2
Fe(OH)3
AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3 ↓
Al(OH)3 +NaOH=NaAlO2+2H2O
FeCl3+3NaOH=
3NaCl+Fe(OH)3↓
AlCl3+3NH3 H2O=
3NH4Cl+Al (OH)3↓
若是制備Al (OH)3你會選擇用什么試劑？為什么？
二、鋁的氫氧化物Al(OH)3
1.物理性質(zhì):
白色固體沉淀，幾乎不溶于水.
2.化學(xué)性質(zhì):
1、兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物
Al(OH)3 +NaOH=NaAlO2+2H2O
Al(OH)3 +3HCl = AlCl3 +3H2O
Al(OH)3 +3H+ = Al3+ +3H2O
Al(OH)3 +OH-=AlO2-+2H2O
AlCl3+3NH3 H2O=3NH4Cl+Al (OH)3 ↓
①.向鋁鹽中加氨水至過量
2、制備Al (OH)3方法1：
模擬工業(yè)酸溶法提純氧化鋁：
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
HCl
AlCl3
FeCl3
濾渣
過量鹽酸
過量燒堿
NaCl
NaOH
NaAlO2
濾渣
SIO2
濾渣
Fe(OH)3
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
思考2：
向濾液（NaCl、NaOH、NaAlO2）中通入過量CO2酸化的目的是什么？能不能用鹽酸替代？
NaOH、NaAlO2
CO2
剛開始無沉淀，逐漸產(chǎn)生沉淀，通入二氧化碳至過量，沉淀不溶解。
繼續(xù)向試管中滴加鹽酸，立刻產(chǎn)生氣泡，而且白色沉淀溶解。
二氧化碳先與氫氧化鈉反應(yīng)，然后再與偏鋁酸鈉生成氫氧化鋁，氫氧化鋁不溶于弱酸（碳酸）。
說明溶液中產(chǎn)生了碳酸氫鈉，以及氫氧化鋁會溶于過量的鹽酸。
實驗2：
（能不能用鹽酸替代）
濾渣
NaCl
NaOH
NaAlO2
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
現(xiàn)象：
結(jié)論：
Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
CO2+2NaAlO2+3H2O=2Al(OH)3↓+Na2CO3
NaCl
NaHCO3
Al(OH)3
HCl
NaOH、NaAlO2
剛開始無沉淀，后逐漸產(chǎn)生沉淀，繼續(xù)滴加鹽酸，沉淀溶解。
說明首先，鹽酸先與氫氧化鈉反應(yīng)過量的氫氧化鈉反應(yīng)，然后再與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成氫氧化鋁，氫氧化鋁會溶于過量的鹽酸。
實驗2：
（能不能用鹽酸替代）
濾渣
NaCl
NaOH
NaAlO2
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
現(xiàn)象：
結(jié)論：
HCl+NaOH=NaCl+H2O
HCl+NaAlO2+H2O=Al(OH)3↓+NaCl
Al(OH)3 +3HCl = AlCl3 +3H2O
結(jié)論：不能用鹽酸替代
【拓展】偏鋁酸鈉
白色沉淀
沉淀溶解
白色沉淀
適量鹽酸
AlO2-
過量鹽酸
AlO2-
適量CO2
過量CO2
沉淀不溶解
AlO2-+2H2O+CO2＝Al(OH)3↓+ HCO3-
(AlO2-+ HCO3- + H2O＝Al(OH)3↓+ CO32- )
2AlO2-+3H2O+CO2＝2Al(OH)3↓+ CO32-
AlO2-+ H+ + H2O＝Al(OH)3↓
CO2不足：
CO2足量：
Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
總結(jié)：Al(OH)3溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，不溶于H2CO3和氨水
2、制備Al (OH)3方法2：
CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
②.向偏鋁酸鹽中通入CO2至過量
若是制備Al (OH)3你會選擇用什么試劑？為什么？
模擬工業(yè)酸溶法提純氧化鋁：
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
HCl
AlCl3
FeCl3
濾渣
Al(OH)3
過量鹽酸
過量燒堿
NaCl
NaOH
NaAlO2
濾渣
SIO2
濾渣
Fe(OH)3
過量CO2酸化
濾液
NaCl
NaHCO3
灼燒
Al2O3
3、不穩(wěn)定性：
當(dāng)金屬氫氧化物易溶時，受熱難分解，如NaOH、KOH等；
當(dāng)金屬氫氧化物難溶時，受熱易分解，如AI(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2、Mg(OH)2
三、鋁的氫氧化物Al(OH)3
2Al(OH)3==Al2O3+3H2O
△
可作阻燃劑（氫氧化鋁的分解過程吸熱）
4、Al(OH)3的用途
醫(yī)用胃酸中和劑
阻燃劑
模擬工業(yè)酸溶法提純氧化鋁小結(jié)：
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
HCl
AlCl3
FeCl3
濾渣
Al(OH)3
過量鹽酸
過量燒堿
NaCl
NaOH
NaAlO2
濾渣
SIO2
濾渣
Fe(OH)3
過量CO2酸化
濾液
NaCl
NaHCO3
灼燒
Al2O3
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O
SiO2不與HCl反應(yīng)
Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O
AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3 ↓
Al(OH)3 +NaOH=NaAlO2+2H2O
FeCl3+3NaOH=3NaCl+Fe(OH)3↓
CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
2Al(OH)3==Al2O3+3H2O
△
2Al + 6H+ = 2Al3++ 3H2
Al2O3+6H+＝2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-＝2AlO2-+H2O
Al(OH)3 + 3H+ == Al3+ + 3H2O
Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O
2Al+2OH-+2H2O == 2AlO-2+3H2
AlCl3
Al(OH)3
NaAlO2
Al2O3
Al
2Al(OH)3==Al2O3+3H2O
△
2Al2O3===4Al+3O2↑
通電
冰晶石
知識小結(jié)1：
Al3+
AlO
Al(OH)3
3OH-
OH-
H+
3H+
4OH-
4H+
知識小結(jié)2：
Al3++3NH3 H2O=3NH4++Al (OH)3 ↓
Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O
CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
Al(OH)3 + 3H+ == Al3+ + 3H2O
Al3++4OH-=AlO2- + 2H2O
AlO2- +4H+=Al3++2H2O
知識小結(jié)3：
Al3++3NH3 H2O=3NH4++Al (OH)3 ↓
CO2+AlO2-+2H2O=Al(OH)3↓+HCO3-
制備Al (OH)3 的三種途徑：
①.向鋁鹽中加氨水至過量（不用強(qiáng)堿）
②.向偏鋁酸鹽中通入CO2至過量（不用強(qiáng)酸）
③.將鋁鹽與偏鋁酸鹽1：3比例混合
Al3++3AlO2-+4H2O=4Al(OH)3↓
鋁土礦
Al2O3
少量SiO2
Fe2O3
濾渣
過量燒堿
濾渣
硅鋁酸鹽沉淀以及
過量CO2酸化
濾液
灼燒
Al2O3
學(xué)以致用：
運(yùn)用前面所學(xué)的知識，你能填寫出堿溶法的工藝流程嗎？
NaAlO2
NaOH
NaHCO3
Al(OH)3
Fe2O3
Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + H2O
CO2+NaAlO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
隨堂訓(xùn)練1：
1.下列關(guān)于鋁的化合物的說法錯誤的是
A.氧化鋁俗名為剛玉，是高溫耐火材料
B.KAl(SO4)2·12H2O溶于水可形成Al(OH)3膠體，可以凈水
√
將AlCl3溶液滴入濃氨水中，生成氫氧化鋁沉淀，D錯誤。
隨堂訓(xùn)練2：
2.向含有HCl、MgCl2、AlCl3、NH4Cl的混合溶液中(假設(shè)各1 mol)，逐滴加入NaOH溶液，沉淀的物質(zhì)的量隨NaOH溶液體積變化的圖像如下。(假設(shè)Mg2＋、Al3＋結(jié)合OH－能力相同)分析圖像的變化情況，回答下列問題：
(1)H＋、Al3＋、Al(OH)3、 四種微粒與OH－反應(yīng)的先后
順序依次為____________________________。
(2)依次寫出各階段的離子方程式：
①OA：__________________。
②AB：_____________________________________________________。
③BC：_______________________。
④CD：_____________________________。
H＋＋OH－===H2O
Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
鋁土礦
氧化鋁
螢石
冰晶石
石油焦\瀝青焦
碳素電極
電解
液態(tài)鋁
鋁錠
工業(yè)鋁的生產(chǎn)：
材料：鋁的再生－“新世紀(jì)材料的亮點(diǎn)”
再生鋁又稱二次鋁，是目前廢物界最有價值的材料。現(xiàn)在世界每年從廢鋁回收的鋁量約為400萬噸，相當(dāng)于每年鋁產(chǎn)量的25％左右。與以鋁土礦為起點(diǎn)相比，生產(chǎn)1噸再生鋁合金能耗僅為新鋁的2.6%，并節(jié)省10.5噸水，少用固體材料11噸，比電解鋁時少排放CO291%，少處理廢液、廢渣1.9噸。
“感謝您的聆聽”

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