d从铝土矿到铝合金PPT课件-.pptx

1、专题3 从矿物到基础材料铁矿石铜矿石铝土矿水晶石第1页/共61页第一单元 从铝土矿到铝合金从铝土矿中提取铝第2页/共61页第3页/共61页第4页/共61页第5页/共61页拿破仑三世第6页/共61页铝的存在：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2468含量/NaCaFeAl2.743.454.757.73氧49.13%铁钙钠钾镁14.55%铝7.73%硅26%第7页/共61页为什么选择从氧化铝中提取铝？2054离子Al2O3194分子AlCl3714离子MgCl2801离子NaCl熔点熔融状态下存在的微粒第8页/共61页追根寻源冶炼铝方法的探索史1827年，德国化学家维勒用金属钾与

2、无水氯化铝加热反应制得了铝。1854年，法国化学家德维尔改用金属钠与无水氯化铝加热反应制得了铝。但因钾、钠太昂贵了，无法实现大规模生产。1886年，美国化学家霍尔采用电解法，尝试对高纯度的氧化铝进行熔融电解制铝。在研究过程中他采用添加冰晶石(Na3AlF6)的办法，使氧化铝的熔点从2054降低到1000左右，从而减少了冶炼过程的能耗，制得了铝，成为现代工业化制铝方法上的里程碑。第9页/共61页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

3、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。第10页/共61页氧化铝 铝 铝土矿铝土矿（主要成分为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）第11页/共61页如何将铝土矿（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

4、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盐酸氢氧化钠溶液第12页/共61页如何将铝土矿（主要成分为Al2O3，还有少量Fe2O3、SiO2等杂质）中Al2O3提纯？交流与讨论盐酸盐酸氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液碳酸（通碳酸（通CO2）NaAlO2NaAlO2+HCl+H2O=NaCl+Al(OH)3 不反应不反应NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3NaHCO3Al(OH)3Al(OH)3 3HCl=AlCl3+3

5、H2OAl(OH)3+NaOH =NaAlO2+2H2O不反应不反应Fe(OH)3Fe(OH)3 3HCl=FeCl3+3H2O不反应不反应不反应不反应2Al(OH)3 Al2O3+3H2O第13页/共61页一、从铝土矿中提取铝较纯的Al2O3铝土矿铝电解提纯提纯主要过程如下：铝土矿NaOH溶液Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O偏铝酸钠过滤残渣滤液足量CO2NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3悬浊液过滤沉淀：Al(OH)3滤液灼烧较纯的Al2O3电解铝2Al(OH)3Al2O3+3H2O2Al2O34Al+3O2电解第14页/共61页冰晶石从铝土矿制备铝的工

6、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Al2O32Al2O3 4Al+3O2通电第15页/共61页概括整合从自然界中提取金属自然界中的金属大都以化合态存在用化学的方法把化合态的金属变成游离态要考虑的问题矿物的提纯（富集）合适的冶炼方法 任务：查找有关从矿石中提取铁和铜资料，对比 上述分析思路,看是否具有一般性。第16页/共61页第17页/共61页资料卡片铝的再生新世纪材料的亮点再生铝又称二次铝，是目前废物界最有价值的材料，现在世界每年从废铝回收的铝量约为 400万吨，相当于每年铝产量的 25 左右。与

7、以铝土矿为起点相比，生产1吨再生铝合金能耗仅为新铝的 2.6%，并节省10.5吨水，少用固体材料11吨，比电解铝时少排放CO291%，少处理废液、废渣1.9吨。第18页/共61页二、铝的氧化物与氢氧化物（一）氧化铝（Al2O3）1.物理性质：Al2O3是一种白色难熔的固体,不溶于水，可作耐火材料(熔点2050)(天然产称作刚玉)价值连城的宝石第19页/共61页闪耀着六射星光的天然蓝宝石“亚洲之星”重330克拉，缅甸产，世界著名珍宝，现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。天然红宝石“罗斯利夫斯”，重138.7克拉，斯里兰卡产，世界著名珍宝。现藏于美国华盛顿斯密森博物馆。第20页/共61页精美的氧化铝陶瓷

8、制品耐火坩埚耐火砖燃器具点火瓷头第21页/共61页探究氧化铝的重要化学性质反应物Fe2O3 Al2O3 HClNaOH类别（）性氧化物（）性氧化物 加盐酸氧化铝、氧化铁均溶解，加氢氧化钠溶液氧化铝溶解，而氧化铁不溶解。碱两Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OFe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2OAl2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O第22页/共61页2.化学性质：（1）与酸反应：Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2OAl2O3+6H+=2Al3+3H2O（2）与强碱反应：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2OAl2O3+2OH-=2AlO2-+H2O(Al2

9、O3是典型的两性氧化物)既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物第23页/共61页3.用途：液态Al2O3被电解生成铝和氧气，氧化铝是冶炼铝的主要原料。注意：氧化铝不能跟水发生反应，不能用氧化铝直接合成氢氧化铝。2Al2O3=4Al+3O2电解熔融第24页/共61页1.物理性质:氢氧化铝是几乎不溶于水的白色固体.在水溶液中新生成的氢氧化铝呈胶状,能凝聚水中悬浮物,又有吸附色素的性能。氢氧化铝胶体可用作净水剂、色素吸附剂等。(二)氢氧化铝 Al(OH)3第25页/共61页 (1)不稳定性：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O这是工业上制取纯净氧化铝的方法。2.氢氧化

10、铝的化学性质：第26页/共61页现象：Al(OH)3沉淀在NaOH和HCl溶液里都溶解(2)两性氢氧化物：Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2OAl(OH)3+3H+=Al3+3H2O 与强碱反应：Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2OAl(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O 与酸反应：氢氧化铝既能跟酸反应生成盐和水，又能跟碱反应生成盐和水，所以氢氧化铝是两性氢氧化物。常用此鉴别Al(OH)3第27页/共61页氢氧化铝的两性可以下电离方程式来说明：当Al(OH)3遇碱时反应向左方向发展，遇酸时反应向右方向发展。注意：(1)氢氧化铝作为碱时是三元碱；作为酸时是一元酸。(2)

11、氢氧化铝与酸碱反应时，弱酸、弱碱是不能把氢氧化铝溶解的。酸式电离 碱式电离H+H2O Al(OH)3 Al3+3OH-第28页/共61页反思延伸沉淀AlCl3+3NaOH=3NaCl+Al(OH)3AlCl3+3NH3H2O=Al(OH)3 +3NH4Cl方案一:NaOHAlCl3弱碱强碱方案二:AlCl3NH3H2OAl(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H2O沉淀不溶解不溶解于氨水过量溶解制备氢氧化铝第29页/共61页反思延伸Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2ONaAlO2HClH2OAl(OH)3+NaCl强酸弱碱盐酸NaAlO2方案三:方案四:NaAlO2CO2沉淀NaAl

12、O2CO22H2OAl(OH)3NaHCO3不溶解于碳酸沉淀过量溶解制备氢氧化铝第30页/共61页Al2(SO4)3溶液中加入少量NH3H2O现象：生成白色胶状沉淀Al2(SO4)36NH3H2O =2Al(OH)3 3(NH4)2SO4Al3+3NH3H2O=Al(OH)3+3NH4+-实验室制取Al(OH)3方法（3）实验室制备氢氧化铝：第31页/共61页NaAlO2溶液中通入CO2现象：生成白色胶状沉淀（3）实验室制备氢氧化铝：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3（足量CO2 )AlO2-+CO2+2H2O=Al(OH)3+HCO3-2NaAlO2+CO2+3H2

13、O=2Al(OH)3+Na2CO3（少量CO2 )2AlO2-+CO2+3H2O=2 Al(OH)3+CO32-第32页/共61页知识小结铝三角关系Al2O3Al3+3mol NH3H2O或OHAl(OH)3AlO2CO2、H2O或H+3mol H+(强酸)H+(强酸)OH(强碱)OH(强碱)4mol OH-(强碱)4mol H+(强酸)加 热第33页/共61页（4）氢氧化铝的用途胃舒平又名复方氢氧化铝，是由能中和胃酸的氢氧化铝和三硅酸镁两药合用，并组合解痉止痛药颠茄浸膏而成。第34页/共61页胃液中含有盐酸，胃酸过多的人常有胃疼烧心的感觉，易吐酸水，服用适量的小苏打（NaHCO3），能治疗胃

14、酸过多，请写出其反应的离子方程式：如果病人同时患胃溃疡，为防胃壁穿孔，不能服用小苏打，原因是：此时最好用含氢氧化铝的胃药（如胃舒平）离子方程式：H+HCO3-=H2O+CO2 反应过程有二氧化碳生成，压力增大加剧胃穿孔；Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O 第35页/共61页(三)硫酸铝钾 KAl(SO4)2 KAl(SO4)2 12H2O 俗名 明矾KAl(SO4)2=K+Al3+2SO42-明矾的净水作用：电离出的铝离子与水反应生成氢氧化铝胶体，胶体具有很强的吸附作用，它能凝聚水中的悬浮物使之沉降，达到净水目的。Al 3+3H2O 3H+Al(OH)3(胶体)第36页/共61页 与铝及

15、其化合物相关的图像问题 向AlCl3溶液中滴加NaOH溶液直至过量 ABAl3OH-=Al(OH)3 BCOH-Al(OH)3 =AlO2-2H2O第37页/共61页练习1.向30mL1molL1的AlCl3溶液中逐渐加入浓度为4moll1的NaOH溶液，若产生0.78g白色沉淀，则加入的NaOH溶液的体积可能为（）A3mL B7.5mL C15mL D27.5mL解析：利用图形一目了然地看到碱的量有两个值0.03mol4mo1L17.5mL。0.11mol4mo1L127.5mL。答案：BD第38页/共61页三、铝 铝为 银白色 金属，熔沸点较低 ，硬度较 小 ，密度较 小，导电性仅次 于

16、银 、铜 和 铁 ，居第 四 位；铝元素在地壳中含量丰富，居 三 位。是地壳中含量 第一 的金属元素。(一)铝的物理性质第39页/共61页(二)原子结构很容易失3eAl3Al H Al的化学性质活泼,具有较强还原性Al第40页/共61页活动与探究 将几小块用砂纸打磨过的铝条分别放入四支洁净试管,再向试管中分别加入浓硫酸、浓硝酸、6mol/L的盐酸、6mol/L的氢氧化钠各3mL,观察实验现象.第41页/共61页1.与非金属单质如，氧气 氯气 硫2.与水反应铝与冷水不反应，与热水反应缓慢。2Al+6 H2O =2Al（OH）3+3H2(三)铝的化学性质第42页/共61页3.与酸的反应 与硫酸溶液

17、反应2Al+6HCl=2AlCl3+3H22Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2 与浓硫酸、浓硝酸？与盐酸反应第43页/共61页铝的钝化 在常温下,铝遇浓硝酸、浓硫酸时会在表面生成致密氧化膜而发生钝化，从而阻止内部金属进一步发生反应。*浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器中，可用铝槽车运输第44页/共61页（1）在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化。（2）在热的浓硫酸、浓硝酸，稀硝酸 中反应，但不产生氢气。(3)与稀硫酸，盐酸等反应产生氢气。氧化性酸非氧化性酸钝化是不反应么？第45页/共61页4.铝与碱溶液反应2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(还原剂)(氧化剂)指出上面反应的氧化

18、剂和还原剂？为什么铝制餐具不宜蒸煮或长期存放有酸性和碱性的食物？偏铝酸钠2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+4H2O+3H2第46页/共61页5.与某些金属氧化物反应实验铝热反应现象：2Al+Fe2O3 =2Fe+Al2O3高温剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟，纸漏斗被烧穿，有红热液珠落下，液珠冷却后变为黑色。铝热反应：铝在高温条件下和某金属氧化物发生的反应 铝热剂：铝粉和金属氧化物（V2O5、Cr2O3、Fe3O4）的混合物第47页/共61页1.Mg条和KClO3的 作用：引燃剂2.铝热反应的应用：焊接钢轨和冶炼金属第48页/共61页铝热反应用于焊接钢轨第49页/共61页2A

19、l+Cr2O3=2Cr+Al2O34Al+3MnO2=3Mn+2Al2O310Al+3V2O5=6V+5Al2O3高温高温高温练习：写出Al分别与Cr2O3、MnO2、V2O5 的反应 铝热反应的实质是高温下，较活泼的铝置换出较不活泼的金属，工业上常用于冶炼高熔点的金属。第50页/共61页盐溶液中置换出比铝不活泼的金属 请写出铝与AgNO3、Cu(NO3)2溶液反应的离子反应的方程式Al+3Ag+=3Ag+Al3+2Al+3Cu2+3Cu+2Al3+第51页/共61页(四)铝的用途第52页/共61页铝合金：主要用于建筑业、交通运输业 以及电子行业。铝导热能力强，可用于各种家用器皿。铝导电能力强

20、，可用于导线。铝延展性好，可制成铝箔。铝热反应放出大量热，可置换铁等高熔点金属。第53页/共61页铝合金及其制品合金：两种或两种以上的金属（或金属与非金属）熔合而成的具有金属特性的物质。你能举出合金的例子吗？不锈钢，生铁合金特点：a.合金的熔点一般比它的各成分金属的低b.合金的硬度一般比它的各成分金属大第54页/共61页这里有五个问题，你想回答哪一个？幻灯片 4222幻灯片 42幻灯片 19幻灯片 193幻灯片 424幻灯片 铝的性质12开心词典第55页/共61页w练习：w1、说明下列事实所含的化学原理常温下，可以用铝制容器贮存和运输浓硫酸。铝在空气中不像铁那样容易被腐蚀。第56页/共61页2

21、、将一个铝制易拉罐内充满二氧化碳气体，然后往罐内注入足量的氢氧化钠溶液，立即用胶布严封罐口，一会儿听到罐内“咔、咔”作响，发现易拉罐变瘪，再过一会儿易拉罐又鼓起来。变瘪的原因是：离子方程式：又鼓起来的原因是：离子方程式：因为二氧化碳与氢氧化钠溶液反应，使罐内压强减少，所以变瘪。CO2+2OH-=CO32-+H2O因为二氧化碳与氢氧化钠溶液反应完，铝与氢氧化钠溶液反应生成氢气，使罐内压强增大，所以又鼓起来。2Al+2H2O+2OH=2AlO2+3H2第57页/共61页3、除去镁粉中混有的少量铝粉，可选用下列溶液中的 （）A 盐酸 B 稀硝酸 C 氨水 D 浓氢氧化钾溶液D第58页/共61页4、请写出下列反应的离子方程式金属铝溶于盐酸中：_铝片与氢氧化钠溶液反应：_2Al+6H+2Al3+3H22Al+2OH+2H2O2AlO2+3H2第59页/共61页5、日常生活中有人用金属丝制成的清洁球擦洗铝锅，你认为这种方法恰当吗？为什么？第60页/共61页感谢您的欣赏！第61页/共61页