从铝土矿到铝合金

专题三从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金一、从铝土矿中提取铝（一）氧化铝（Al2O3）氧化铝是一种高沸点（2980℃）、高熔点（2054℃）、高硬度的白色化合物，常用作耐火材料。刚玉的主要成分是α－氧化铝，硬度仅次于金刚石。1.与碱的反应（与强碱NaOH）Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O2.与强酸的反应（H2SO4）Al2O3+3H2SO4＝Al2（SO4）3+3H2O3.两性氧化物：既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物。知识拓展1.偏铝酸钠（NaAlO2）的性质（1）往偏铝酸钠溶液中通入CO2NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO3产生白色絮状沉淀，通入过量的CO2，沉淀不溶解。（2）往偏铝酸钠溶液中加HClNaAlO2+HCl+H2O=Al（OH）3↓+NaClAl（OH）3+3HCl＝AlCl3+3H2O加入少量盐酸，生成白色絮状沉淀，继续加入盐酸至过量，白色沉淀溶解。2.氯化铝（AlCl3）的性质（1）往氯化铝溶液中通入氨气AlCl3+3NH3+3H2O=Al（OH）3↓+3NH4Cl产生白色絮状沉淀，通入过量的NH3，沉淀不溶解。（2）往氯化铝溶液中逐滴加氢氧化钠溶液AlCl3+3NaOH＝Al（OH）3↓+3NaClAl（OH）3+NaOH＝NaAlO2+2H2O加入少量NaOH溶液，产生白色絮状沉淀，继续加入NaOH溶液至过量，白色沉淀溶解。（二）铝土矿中提取铝制取金属铝的流程图如下：流程图中所涉及到的化学反应：1.Al2O3+2NaOH＝2NaAlO2+H2O2.NaAlO2+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+NaHCO33.2Al（OH）3Al2O3+3H2O4.2Al2O34Al+3O2↑电解冰晶石二、铝的性质及应用（一）铝的存在自然界中铝以化合态存在。铝的主要存在形式有：铝土矿（Al2O3·nH2O），铝元素占地壳总量的7.45％，是地壳中含量最多的金属元素。（二）铝的性质1.物理性质铝有良好的导电性（居金属第三，最好的是银），传热性和延展性。铝合金强度高，密度小，易成型，有较好的耐腐蚀性。2.化学性质（1）与酸反应：一般与强酸反应（例如盐酸；稀硫酸等）2Al+6HCl＝2AlCl3+3H2↑（2）与碱反应：一般与强碱反应（例如：NaOH；KOH；Ba（OH）2等）2Al+2NaOH+2H2O＝2NaAlO2+3H2↑（3）与浓硝酸、浓硫酸的反应：在常温下，铝遇到浓硝酸、浓硫酸会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化；在加热的条件下可以发生反应。（4）与某些盐溶液反应：铝的金属活动性比较强，可以跟不少的金属盐溶液发生置换反应（如：CuCl2、AgNO3等）2Al+3CuCl2＝3Cu+2AlCl3（5）与某些金属氧化物反应（铝热反应）Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（铝热反应用途①冶炼稀有金属②野外焊接铁轨。）（三）铝的应用1.用于电器设备和做高压电缆2.是重要的反光材料3.野外焊接铁轨4.铝合金是制造飞机的理想材料。三、规律总结例题解析：例1．（1）100mL1mol·L-1的AlCl3溶液与60mL6mol·L-1的KOH溶液混合后，生成沉淀的质量是_______g。（2）若在200mL0.5mol·L-1的Al2(SO4)3溶液中加入2mol·L-1的NaOH溶液，可得到7.8gAl(OH)3沉淀，则NaOH溶液的体积为_________mL。解：（1）n(Al3+)=0.1L×1mol·L-1=0.1moln(OH-)=0.06L×6mol·L-1=0.36molAl3+~3OH-~Al(OH)3Al(OH)3~OH-~AlO2-131110.10.30.1(生成)0.060.36-0.3(继续溶解)∴n(Al(OH)3)=0.1mol－0.06mol=0.04mol∴mAl(OH)3=78g/mol×0.04mol=3.12g（2）n(Al(OH)3)==0.1moln(Al3+)=0.2L×0.5mol/L×2=0.2mol画出NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中生成沉淀的图像。∵Al3++3OH-=Al(OH)3↓Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O∴当NaOH溶液刚滴入Al2(SO4)3中，立即生成沉淀，n(OH-)=3n(Al3+)=0.6mol时，沉淀量最大，n(Al(OH)3)=0.2mol；随着NaOH溶液继续滴加，溶液中无Al3+，Al(OH)3与过量NaOH生成NaAlO2而溶解，当过量n(NaOH)=n(Al3+)时，Al(OH)3完全溶解。由图可知：当n(Al(OH)3)=0.1mol时，对应2个NaOH值。a=0.3mol(NaOH不足)VNaOH===0.15L=150mLb=0.7mol(NaOH过量)VNaOH==0.35L=350mL例2．向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量的变化曲线图（如图），请指出A、B两点的意义，OA与AB段发生反应的离子方程式。解析：本题要求能够在熟练掌握Al3＋与OH―反应的基础上，充分对化学反应的本质有清楚的认识。明矾KAl(SO4)2·12H2O在水溶液中存在下面的电离方式：KAl(SO4)2=K＋+Al3＋+2SO42―，加入Ba(OH)2后，Ba2＋要和SO42―生成BaSO4沉淀，Al3＋要和OH―先生成沉淀Al(OH)3，随着Ba(OH)2的加入Al(OH)3又要和OH―生成AlO2―溶解，所以要全面考虑本题中所给的各离子之间的关系，在开始加入Ba(OH)2时BaSO4和Al(OH)3同时沉淀，当Al3＋全部沉淀时，Ba2＋还没有完全沉淀，而当Ba2＋全部沉淀时，Al3＋转变n（沉淀）ABn[Ba(OH)2]成了AlO2―。答案：A点表示生成的全部Al(OH)3和部分BaSO4沉淀，B点表示此时的沉淀全部为BaSO4。OA段的离子方程式为：Al3＋+3OH―=Al(OH)3↓Ba2＋+SO42―=BaSO4↓，AB段的离子方程式为：Al(OH)3+OH―=AlO2―。一．选择题1．将钠、镁、铝各0.3mol分别放入100mL1mol·L-1的盐酸中，同温同压下产生的气体体积比是A、1︰2︰3B、6︰3︰2C、3︰1︰1D、1︰1︰12.铝分别与足量的稀盐酸和氢氧化钠溶液反应，当两个反应放出的气体在相同状况下体积相等时，反应中消耗的HCl和NaOH物质的量之比为A．3:1B．2:1C．1:1D．1:33．将表面已完全钝化的铝条，插入下列溶液中，不会发生反应的是A．稀硝酸B．稀盐酸C．硝酸铜D．氢氧化钠4．把Ba(OH)2溶液滴入明矾溶液中，使SO42－全部转化为BaSO4沉淀，此时铝元素的主要存在形式是A、Al3+B、Al(OH)3C、AlO2－D、Al3+和Al(OH)35．铝合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是A．不易生锈B．导电性好C．密度小D．强度高6．等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙两烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5︰6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能分别是A甲、乙中都是铝过量B甲中铝过量、乙中碱过量C甲中酸过量、乙中铝过量D甲中酸过量、乙中碱过量7．某些化学试剂可用于净水。水处理中使用的一种无机高分子混凝剂的化学式可表示为[Al2(OH)nClm·yH2O]X，式中m等于A．3-nB．6-nC．6+nD．3+n8．铝热剂中铝的作用是A．催化剂B．氧化剂C．还原剂D．填充剂9．将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H22.8L（标准状况），原混合物的质量可能是A.2ｇB.4ｇC.8ｇD.10ｇ10．甲、乙两烧杯中各盛放有100mL3mol·L-1的盐酸和氢氧化钠溶液，向两烧杯中分别加入等质量的铝粉，反应结束后测得生成的气体体积比为甲∶乙＝1∶2，则加入铝粉的质量为A.5.4gB.3.6gC.2.7gD.1.8g二．填空题11．请写出下列反应的离子方程式①金属铝溶于盐酸中。②铝片与氢氧化钠溶液反应。③氢氧化铝与足量盐酸反应。④氯化铝溶液中加入过量氨水。12．为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。⑴若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成的气体（标准状况，下同）体积为bL。反应的化学方程式是_______________________________________________________________。样品中铝的质量是________________g。⑵若取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是：______________________________，氧化铁和铝的质量比是_______________。⑶待⑵中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为cL，该气体与⑴中所得气体的体积比c:b=__________________13．铝土矿中常含有少量的SiO2和Fe2O3，写出实验室由铝土矿制取纯净Al2O3时需加入的试剂和反应方程式：(1)加过量，过滤除去沉淀，方程式为，.(2)加过量，过滤除去，方程式为，.(3)通入过量，过滤得到，方程式为.(4)煅烧可以得到纯净的Al2O3，方程式为.14．某混合物A，含有KAlSO42、Al2O3和Fe2O3，在一定条件下可实现下图所示的物质之间的变化：据此判断：1固体B所含物质的化学式。2固体E所含物质的化学式。3反应①的离子方程式为。三．计算题15．向100mL0.2mol·L-1的Al2(SO4)3溶液中加入85.7mL0.7mol·L-1的NaOH溶液，求生成Al(OH)3沉淀的质量是多少?16．用戳有很多小孔的铝箔包好一小块钠放入盛有水的水槽中，用排水法收集得标准状况下的氢气1.344L，再向水槽内的无色透明溶液中逐滴加入0.5mol·L-1AlCl3溶液，至20mL时开始出现沉淀，当加入40mL时析出沉淀量达最大值。试求钠块质量和最多析出沉淀的物质的量。