从铝土矿中提取铝

从铝土矿中提取铝江苏省天一中学仇国政感知生活例举生活中你熟悉的铝（铝合金）制品早期制造铝比较困难，19世纪，铝十分昂贵，价比黄金。德国军事勋章铝的存在——铝土矿（主要成分Al2O3）铝元素占地壳总质量的7.73％•铝元素是地壳中含量最多的金属元素2－4－6－8－含量/％NaCaFeAl2.743.454.757.73氧49.13%铁钙钠钾镁14.55%铝7.73%硅26%硅26%一、铝的存在及冶炼史铝元素占地壳总量的7.73％主要以化合物形式存在铝土矿中铝元素是地壳中含量最多的金属2－4－6－8－含量/％NaCaFeAl2.743.454.757.73地壳中含量较多的四种元素：O＞Si＞Al＞Fe回首铝的昨天◆1827年，德国化学家维勒用金属钾制得了铝3K+AlCl33KCl+Al一定条件◆1807年英国化学家戴维用电解法制得了钾和钠，开创了电化学的历史。◆1854年，法国的德维尔用金属钠制得铝。3Na+AlCl33NaCl+Al一定条件霍尔的发现使人类认识铝的历史从昨天走向了今天1886年，美国化学家霍尔用电解法冶炼得到铝。2Al2O34Al＋3O2↑熔融通电Na3AlF6联想：钠、镁、铁、铜的冶炼已学过的冶炼法：1）还原法；2）电解法迁移：铝冶炼的途径成本高，不可取！拿破仑时期的冶炼法•2、电解法2Al2O34Al+3O2电解使铝走向广泛应用的冶炼法•1、还原法3K+AlCl33KCl+Al一定条件〖知识梳理〗物理性质化学性质与酸反应与碱反应熔融电解氧化铝Al2O3物质类别白色难溶于水的固体，熔点高（可用作耐火材料）两性氧化物2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑电解冰晶石Al2O3＋6H＋==2Al3＋＋3H2OAl2O3＋2OH－=2AlO2－＋H2O〖知识梳理〗物理性质化学性质与碱反应受热分解与酸反应氢氧化铝Al(OH)3物质类别电离白色不溶于水的胶状物质两性氢氧化物Al3＋＋3OH－Al(OH)3AlO2－＋H＋＋H2O2Al(OH)3===Al2O3＋3H2O△Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O问题解决：如何从铝土矿中提取铝？铝土矿的成分：要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝主要成分：Al2O3少量：Fe2O3、SiO2等杂质〖课堂演练〗已知铝土矿的主要成分是Al2O3，但常含有Fe2O3、SiO2等杂质，请你帮助某工厂设计一个实验流程以提取纯净的单质铝？提供化学试剂有NaOH溶液、盐酸、氨水、CO2、水等常见试剂。铝土矿过量NaOH过量HClH2SiO3滤液NH3•H2O灼烧Al2O3过滤过滤过滤滤液Fe2O3Al(OH)3熔融电解冰晶石Al〖课堂演练〗已知铝土矿的主要成分是Al2O3，但常含有Fe2O3、SiO2等杂质，请你帮助某工厂设计一个实验流程以提取纯净的单质铝？提供化学试剂有NaOH溶液、盐酸、氨水、CO2、水等常见试剂。铝土矿过量NaOH过量HClSiO2滤液通CO2灼烧Al2O3过滤过滤过滤滤液Fe(OH)3熔融电解冰晶石AlAl(OH)3酸处理足量盐酸过滤液固AlCl3FeCl3HClSiO2等Al2O3Fe2O3SiO2等铝土矿足量NaOH过滤液固NaAlO2NaClNaOHFe(OH)3灼烧Al2O3足量CO2过滤液固NaHCO3NaClAl(OH)3Al2O3Fe2O3SiO2等铝土矿足量NaOH过滤液固NaAlO2NaOHFe2O3、铝硅酸钠等足量CO2过滤液固NaHCO3Al(OH)3Al2O3灼烧碱处理铝土矿冶炼铝的工艺流程溶解电解灼烧过滤酸化过滤铝土矿NaOH溶液残渣二氧化碳滤液H2O铝Q1:用氢氧化钠溶液溶解铝土矿的目的是什么？发生了那些反应？Q2:用NaOH溶液溶解铝土矿后，滤液中的主要成分是什么？Q3:滤液酸化的目的是什么？Q4:酸化流程中利用的是通入过量CO2气体，而没有采用稀盐酸，为什么？请写出相关的反应方程式。铝土矿冶炼铝的工艺流程溶解电解灼烧过滤酸化过滤铝土矿NaOH溶液残渣二氧化碳滤液H2O铝Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2ONaAlO2+CO2+2H2OAl(OH)3↓+NaHCO3Δ2Al(OH)3Al2O3+3H2O通电2Al2O34Al+3O2↑Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2OAl2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O三、铝及铝合金的优缺点铝合金具有密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强等特点。铝是食物污染物之一与老年性痴呆症有密切关系。对人体的心、肝、肾功能都有损害。铝与人类健康影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝。1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制，提出成年人每天允许铝摄入量为60mg。〖知识拓展〗1、“铝三角”〖知识拓展〗2、主要应用：（1）制备Al(OH)3①Al3+＋3OH－=Al(OH)3②Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O③Al3+＋4OH－=AlO2－＋2H2O④Al3+＋3NH3·H2O=Al(OH)3＋3NH4＋⑤AlO2－＋H+＋H2O=Al(OH)3⑥Al(OH)3＋3H+=Al3+＋3H2O⑦AlO2－＋4H+=Al3+＋2H2O⑧2AlO2－＋CO2(少量)＋3H2O=2Al(OH)3＋CO32－⑨AlO2－＋CO2(足量)＋2H2O=Al(OH)3＋HCO3－⑩Al3+＋3AlO2－＋6H2O=4Al(OH)3〖课堂演练〗请设计三种以铝屑、盐酸、NaOH溶液为原料制备Al(OH)3的实验方案，并从酸、碱的用量角度分析哪一种方案更节约？AlAl3＋Al(OH)3HClNaOHAlAlO2－Al(OH)3HClNaOHAlAlO2－Al(OH)3HClNaOHAlAl3＋1113311111/43/43/43/43/41/42、主要应用：（1）制备Al(OH)3（2）日常应用①明矾[KAl(SO4)2·12H2O]净水②泡沫灭火器（3）离子共存问题〖课堂演练〗若在加入铝粉能放出氢气的某溶液中，分别加入下列各组离子，可能共存的是（）A．NH4+、NO3－、CO32－、Na+B．Na+、Ba2+、Mg2+、HCO3－C．NO3－、Na+、K+、Cl－D．NO3－、K+、AlO2－、OH－CDAl3＋＋3HCO3－=Al(OH)3↓＋3CO2↑〖知识拓展〗3、图像分析：（1）向含有1molAl3＋的铝盐溶液中逐滴滴入NaOH溶液直至过量离子方程式：图像：①Al3+＋3OH－=Al(OH)3②Al(OH)3＋OH－=AlO2－＋2H2O01234n(NaOH)/moln[Al(OH)3]/mol〖知识拓展〗3、图像分析：（2）向含1molOH－的强碱溶液中逐滴滴入可溶性铝盐溶液直至过量离子方程式：图像：01/121/61/41/3n(Al3＋)/moln[Al(OH)3]/mol③Al3+＋4OH－=AlO2－＋2H2O⑩Al3+＋3AlO2－＋6H2O=4Al(OH)3〖课堂演练〗现有100mL3mol/L的NaOH溶液和100mL1mol/L氯化铝溶液，①将NaOH溶液分多次加到AlCl3溶液中去；②将AlCl3溶液分多次加到NaOH溶液中。比较两种操作的结果是（）A．现象相同，沉淀质量不等B．现象相同，沉淀质量也相等C．现象不同，沉淀质量相等D．现象不同，沉淀质量不等C〖知识拓展〗3、图像分析：〖拓展〗向含有1molAl3＋的铝盐溶液中逐滴滴入氨水直至过量离子方程式：图像：④Al3+＋3NH3·H2O=Al(OH)3＋3NH4＋0123n(NH3·H2O)/moln[Al(OH)3]/mol〖知识拓展〗3、图像分析：（3）向含有1molAlO2－的偏铝酸盐溶液中逐滴滴入稀盐酸直至过量离子方程式：图像：⑤AlO2－＋H+＋H2O=Al(OH)3⑥Al(OH)3＋3H+=Al3+＋3H2O01234n(HCl)/moln[Al(OH)3]/mol〖知识拓展〗3、图像分析：（4）向含有1molH＋的强酸溶液中逐滴滴入偏铝酸盐溶液直至过量离子方程式：图像：⑦AlO2－＋4H+=Al3+＋2H2O⑩Al3+＋3AlO2－＋6H2O=4Al(OH)301/41/23/41n(AlO2－)/moln[Al(OH)3]/mol〖知识拓展〗3、图像分析：〖拓展〗向含有1molAlO2－的偏铝酸盐溶液中通入CO2直至过量离子方程式：图像：n(CO2)/moln[Al(OH)3]/mol⑧2AlO2－＋CO2(少量)＋3H2O=2Al(OH)3＋CO32－⑨AlO2－＋CO2(足量)＋2H2O=Al(OH)3＋HCO3－0112〖课堂演练〗（广东模拟）将某质量的镁铝合金溶解在500mL盐酸中，然后取出10mL溶液用1mol/LNaOH溶液滴定，产生沉淀质量与碱溶液的关系如下图。求：（1）合金中镁和铝的物质的量之比；（2）盐酸的物质的量浓度(假设反应后溶液体积不变)。Al～Al(OH)3～NaOHn(Al)2×10－3×1molMg～2NaOHn(Mg)(14－2－2×3)×10－3×1mol3:2HCl～NaOH10×10－3×c(HCl)14×10－3×1mol1.4mol/LAl3＋AlAlO2－Al(OH)3Fe铝热反应Al2O3H＋H＋3H＋OH－OH－3OH－OH－H＋电解O2△