【精品课件】从矿物质到基础材料

高一年化学上课课件•从铝土矿到铝合金专题3从矿物质到基础材料•从铝土矿中提取铝铁锅锡壶铝饭盒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%一、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）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，霍尔还不满23周岁。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Al2O3Fe2O3SiO2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+3H2OFe2O3+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）中Al2O3提纯？交流与讨论盐酸氢氧化钠溶液碳酸（CO2）NaAlO2NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3↓不反应NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓NaHCO3Al(OH)3Al(OH)3＋3HCl=AlCl3+3H2OAl(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O不反应Fe(OH)3Fe(OH)3＋3HCl=FeCl3+3H2O不反应不反应2Al(OH)3Al2O3+3H2O△确定探究目的：实验探究设计实验方案：具体实验操作：1、向一支试管中取少量NaAlO2溶液，向其中逐滴滴加盐酸，直到氢氧化铝沉淀完全2、向另一支试管中取少量NaAlO2溶液，向试管中通入CO2，直到氢氧化铝沉淀完全形成探究结论：如何使溶液中NaAlO2完全形成Al(OH)3沉淀？可以通足量的CO2使溶液中NaAlO2完全形成Al(OH)3沉淀思考与评价你认为这两种方法哪一种更适合工业生产，说出你的理由。酸处理碱处理铝土矿NaAlO2(aq)Al(OH)3Al2O3盐酸溶解AlCl3(aq)FeCl3(aq)NaOHCO2酸化过滤过滤过滤灼烧过滤铝土矿NaAlO2(aq)Al(OH)3Al2O3CO2酸化NaOH溶解过滤灼烧二、从铝土矿制备铝的工艺流程：?铝土矿NaAlO2溶液Al(OH)3Al2O3滤渣二氧化碳滤液溶解过滤NaOH溶液过滤灼烧酸化铝土矿NaOH溶液溶解过滤酸化过滤灼烧电解残渣二氧化碳滤液H2O铝从铝土矿制备铝的工艺流程冰晶石二、从铝土矿制备铝的工艺流程：铝土矿NaAlO2溶液Al(OH)3Al2O3滤渣二氧化碳滤液溶解过滤NaOH溶液过滤灼烧酸化电解熔融Al电解Al2O3提纯Al2O32Al2O34Al+3O2↑通电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灼烧碱处理涉及的反应方程式•铝的氧化物与氢氧化物一、氧化铝[Al(OH)3]氧化铝难溶于水，却能溶于酸或强碱溶液中。Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O结论：Al2O3是一种两性氧化物。氧化铝难溶于水，熔点很高，也很坚固；是冶炼金属铝的原料，也是一种比较好的耐火材料。1、物理性质：2、化学性质：两性氧化物•把既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。AlCl3+3NH3·H2O=Al（OH）3+3NH4Cl二、氢氧化铝1)氢氧化铝的制取[用可溶性铝盐和氨水反应]思考：为什么不用可溶性铝盐和NaOH溶液反应？Al3＋＋3NH3·H2O==Al（OH）3↓+3NH4＋①与强酸反应—生成盐和水Al(OH)3＋3HCl＝AlCl3＋3H2O②与强碱反应—生成盐和水Al(OH)3＋NaOH＝NaAlO2＋2H2O结论：氢氧化铝既能跟强酸反应生成盐和水，又能跟强碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。注意：Al(OH)3不能溶于较弱的酸和弱碱2)Al(OH)3的两性Al(OH)3是医用的胃酸中和剂中的一种，它的碱性不强，不至于对胃壁产生强烈的刺激或腐蚀作用，但却可以与酸反应，使胃液酸度降低，起到中和过多胃酸的作用。3)不稳定性：氢氧化铝不稳定，受热易分解。∆2Al(OH)3＝Al2O3＋3H2O这是工业上制取纯净氧化铝的方法。小常识阅读P66：资料卡片—明矾的净水作用明矾晶体明矾--硫酸铝钾;化学式[KAl(SO4)2•12H2O]净水原理(详见P66)明矾（KAl(SO4)2.12H2O）是一种复盐（由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐）是一种常见的净水剂。原理如下：KAl(SO4)2=K++Al3++2SO42-然后Al3+水解生成Al(OH)3胶体，胶体具有吸附性，从而达到净水的目的。Al3++3H2O=Al(OH)3(胶体)+3H+明矾是常见的净水剂，但有其缺点，即Al3+会导致老年痴呆的产生，若不用明矾作净水剂，我们可以用哪些试剂予以替代？铝及铝合金一、铝的物理性质•铝是银白色的轻金属，较软，•密度2.7g/cm3，熔点660.4℃，•沸点2467℃，•铝有良好的延展性，能够抽成细丝，轧制成各种铝制品，还可制成薄于0.01mm的铝箔，广泛地用于包装香烟、糖果等。二、铝的化学性质•问题：一小块金属钠放在空气中会完全被腐蚀，而一小块金属镁和金属铝放在空气中则不会被腐蚀，为什么？钠被氧化后生成的Na2O，不会起保护作用。而MgO，Al2O3是致密的，可以阻碍空气、水继续与内层的Mg、Al接触，从而起到保护作用。•1、钝化：使金属表面转化为不易被氧化的状态，而延缓金属的腐蚀速度的方法。•金属铝、金属铁在浓硫酸、浓硝酸等强氧化剂作用下，在表面生成致密的氧化膜而发生钝化。•钝化后对金属起到保护作用。•可以用铝制或铁制容器贮存浓硫酸和浓硝酸。2、与非金属单质反应•（1）和O2反应•常温下会反应，点燃时铝粉可燃铙（发强白光）•4Al+3O2==2Al2O3•（2）和Cl2反应•2Al+3Cl22AlCl3•（3）和S反应•2Al+3SAl2S33、与H+反应•2Al+6H+=2Al3++3H2↑4、与OH-反应•2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑铝是一种即可以和酸反应又可以和碱反应的金属。（是一种两性金属）5、和某些氧化物反应•（1）和热水反应：2Al+6H2O==2Al(OH)3+3H2↑（反应缓慢）•（2）和一些金属氧化物反应—铝热反应2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe铝热反应是铝与某些金属氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）在高热条件下发生的反应。是一个放热反应。它常用于冶炼高熔点的金属，如Mn、Cr、W等。在焊接铁轨时,人们常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,由于反应放出大量的热,置换出的铁以熔融态形式流出.让熔融的铁流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起6、和盐溶液的反应•2Al+3Hg(NO3)2=3Hg+2Al(NO3)3三、铝合金•1、合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属经一定方法所合成的。•2、合金都有以下通性：(1)多数合金熔点低于其组分中任一种组成金属的熔点；(2)硬度比其组分中任一金属的硬度大；(3)合金的导电性和导热性低于任一组分金属。利用合金的这一特性，可以制造高电阻和高热阻材料。还可制造有特殊性能的材料，如在铁中掺入15％铬和9％镍得到一种耐腐蚀的不锈钢，适用于化学工业。(4)有的抗腐蚀能力强(如不锈钢)。3、铝合金•以铝为基的合金总称铝合金。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，制作工艺简单、装饰效果好。工业上广泛使用，使用量仅次于钢。3、铝合金•铝合金具有某些比纯铝更优良的性能，从而大大拓宽了铝的应用范围。例如，纯铝较软，当铝中加入一定量的铜、镁、锰等金属，强度可以大大提高，几乎相当于钢材，且密度较小，不易锈蚀，广泛用于飞机、汽车、火车、船舶、人造卫星、火箭的制造。当温度降到-196℃时，有的钢脆如玻璃，而有些铝合金的强度和韧性反而有所提高，所以是便宜而轻巧的低温材料，可用来贮存火箭燃料液氧和液氢。