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1、第六讲从铝土矿到铝合金第六讲从铝土矿到铝合金2021/8/8 星期日1 一、从铝土矿中提取铝 方法一：Al2O36HCl 2AlCl33H2OFe2O36HCl 2FeCl33H2OAlCl34NaOH NaAlO23NaCl2H2OFeCl33NaOH Fe(OH)33NaClNaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO32Al(OH)3 Al2O33H2O2021/8/8 星期日2 二、铝的性质和用途 金属铝呈_色，硬度_，密度_，熔点_，和镁类似，铝的主要用途是制造铝合金，铝优良的导电性和密度小，使铝大量用来制作导线。铝元素位于元素周期表的第_周期第_族，化学性质比较活泼，在反应
2、中多被氧化为Al3。1铝可以在纯氧气中燃烧：4Al3O2 2Al2O3；2铝与盐酸反应：2Al6HCl 2AlCl33H2；3铝溶于NaOH溶液的反应：2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2；4用镁条引燃铝粉和Fe2O3的混合物：2AlFe2O3 2FeAl2O3，这一反应也被称作铝热反应。银白小小较高三A高温2021/8/8 星期日3 三、铝的重要化合物 1氧化铝 氧化铝属于离子化合物，室温下，它是一种白色固体，熔点很高。氧化铝是冶炼铝的原料，也是一种较好的耐火材料。氧化铝属于典型的_氧化物，与酸、强碱都能反应，反应的化学方程式如下：氧化铝溶于盐酸：Al2O36HCl 2AlCl33
3、H2O。氧化铝与烧碱溶液反应：Al2O32NaOH 2NaAlO2H2O。电解熔融的氧化铝：2Al2O3 4Al3O2。通电两性2021/8/8 星期日4 2氢氧化铝 可溶性铝盐和氨水反应可制得Al(OH)3，它是一种难溶于水的白色胶状物质，具有较强的吸附能力。Al(OH)3受热 _分解，是一种典型的不稳定氢氧化物。Al33OH Al(OH)3 H H2O；Al(OH)3与盐酸反应：Al(OH)33H Al33H2O；Al(OH)3与NaOH溶液反应：Al(OH)3OH 2H2O；Al(OH)3受热分解的化学方程式：2Al(OH)3 Al2O33H2O。3明矾：KAl(SO4)212H2O 明
4、矾易溶于水，完全电离：KAl(SO4)2 KAl32SO，其水溶液因Al3水解而显_性。酸易2021/8/8 星期日5 工业上冶炼铝【例1】工业上用铝土矿(主要成分是Al2O3，还有少量的Fe2O3、SiO2)提取冶炼铝的原料氧化铝。工艺流程如下图：(1)原料A的名称是_，步骤反应的离子方程式是_。2021/8/8 星期日6 (2)滤液1中要加入稍过量原料B，原料B的化学式是 _，步 骤 反 应 的 离 子 方 程 式 是_。(3)步骤的化学方程式是_。(4)如果省去步骤，即溶解铝土矿是从加入原料 B开 始，则 会 对 氧 化 铝 的 提 取 有 什 么 影 响_。2021/8/8 星期日7【
5、解释】由滤液2和石灰石煅烧产物之一(二氧化碳)反应生成氢氧化铝可知滤液2中含有AlO，从而可推知原料A是酸原料B是碱。【答案】(1)盐酸(硫酸、硝酸)Al2O36H 2Al33H2O、Fe2O36H 2Fe33H2O(2)NaOH HOH H2O、Fe33OH Fe(OH)3、Al34OH AlO2H2O(3)NaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO3(4)若用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分SiO2溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al2O3混有SiO2杂质2021/8/8 星期日8【迁移训练1】(嘉兴二模)铝是一种重要的金属，在生产、生活中具有许多重要的用途，下图
6、是从铝土矿中制备铝的工艺流程：已知：(1)铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有少量SiO2、Fe2O3等杂质；2021/8/8 星期日9 (2)溶液中的硅酸钠与偏铝酸钠反应，能生成硅铝酸盐沉淀，化学反应方程式为：2Na2SiO32NaAlO22H2O Na2Al2Si2O84NaOH。回答下列问题：(1)写出向铝土矿中加入足量氢氧化钠溶液后，该步操作中发生反应的离子方程式：_ _。(2)滤渣A的主要成分为_；滤渣A的用途是_(只写一种)；实验室过滤时使用玻璃棒，其作用是_。Al2O32OH 2AlOH2O、SiO22OH SiOH2O炼铁的原料(或生产硅酸盐产品的原料)Fe2O3、Na2A
7、l2Si2O8引流2021/8/8 星期日10 (3)在工艺流程第三步中，选用二氧化碳作酸化剂的原因是 _ _。(4)若将铝溶解，下列试剂中最好选用_(填编号)。A浓硫酸B稀硫酸C稀硝酸 理由是 _ _ _ _B 经过足量氢氧化钠溶液的溶解，大部分铝元素均以NaAlO2的形式存在于滤液中，通入过量二氧化碳可以将NaAlO2完全转化为Al(OH)3 铝与浓硫酸在常温下发生钝化，加热溶解会产生有毒气体SO2，原料利用率低；稀硝酸能溶解铝但会产生NO气体，污染空气，硝酸利用率低；而铝与稀硫酸反应速率较快，产生的H2对空气无污染2021/8/8 星期日11【解释】(1)Al2O3属于两性氧化物，SiO
8、2属于酸性氧化物，都能与强碱反应。(2)利用题目给出的信息“硅铝酸盐沉淀”，可以知道滤渣A的主要成分是Fe2O3、Na2Al2Si2O8。对于滤渣A的用途一般很容易想到其可以作为炼铁的原料。(3)因为Al(OH)3是两性氢氧化物，若用强酸酸化滤液时，无法保证将全部铝元素转化为Al(OH)3过滤出来。(4)分析问题时，一般要同时考虑生产效益(原料利用率)和环保问题。2021/8/8 星期日12 铝与酸碱的反应【例2】(衢州二模)某课外小组对一些金属单质和化合物的性质进行研究。(1)下表为“铝与氯化铜溶液反应”实验报告的一部分：实验步骤实验现象将打磨过的铝片(过量)放入一定浓度的CuCl2溶液中产
9、生气泡，析出疏松的红色固体，溶液逐渐变为无色反应结束后分离出溶液备用红色固体用蒸馏水洗涤后，置于潮湿空气中一段时间后固体由红色变为绿色设其主要成分为Cu2(OH)2CO32021/8/8 星期日13 按反应类型写出实验中发生反应的化学方程式各一个(是离子反应的只写离子方程式)置换反应_；化合反应_。(2)用石墨作电极，电解上述实验分离出的溶液，两极产生气泡。持续电解，在阴极附近的溶液中还可以观察到的现象是_。解释此现象的离子方程式是_。2021/8/8 星期日14 (3)工业上可用铝与软锰矿(主要成分为MnO2)反应来冶炼金属锰。用铝与软锰矿炼锰的原理是(用化学方程式来表示)_。MnO2在H2
10、O2分解反应中作催化剂。若将适量MnO2加入酸化的H2O2的溶液中，MnO2溶解产生Mn2，该反应的离子方程式是_。2021/8/8 星期日15【解释】(1)CuCl2溶液中Cu2的水解使溶液呈酸性，所以会有2Al6H 2Al33H2，也有2Al3Cu2 2Al33Cu；单质铜在潮湿空气中由红色变为绿色，化学方程式为2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO3。(2)用石墨作电极，电解AlCl3溶液，电解的方程式为2AlCl36H2O 2Al(OH)33H23Cl2。持续电解，电解水，阴极：2H2O2e H22OH从而使阴极区OH浓度增大，所以会看到有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失。20
11、21/8/8 星期日16(3)类似于铝热反应；根据题意可写出离子方程式：MnO2H2O22H Mn2O22H2O【答案】(1)2Al6H 2Al33H2或2Al3Cu2 2Al33Cu2CuO2H2OCO2 Cu2(OH)2CO3 (2)有白色沉淀生成，后沉淀逐渐溶解至消失Al33OH Al(OH)3、Al(OH)3OH-2H2O (3)3MnO24Al 3Mn2Al2O3MnO2H2O22H Mn2O22H2O2021/8/8 星期日17【迁移训练2】(宁波二模)甲、乙两烧杯中各盛有100 mL 3molL1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
12、为甲乙12，则加入铝粉的质量为()A5.4 g B3.6 gC2.7 g D1.8 gA2021/8/8 星期日18【解释】若甲、乙两烧杯中Al完全反应，产生H2的体积比为11。据：2Al6HCl 2AlCl33H22Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2 若甲、乙两烧杯中各0.3 mol的盐酸和NaOH完全反应，产生H2的体积比为13。现甲、乙两烧杯中放出H2的体积比为12，则甲烧杯(HCl)中Al过量而乙烧杯(NaOH)中Al不足，碱过量。2Al6HCl AlCl33H2 0.3 mol 0.15 mol2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2 54 g 0.15 mol220
13、21/8/8 星期日19 “铝三角”的转化【例3】2005年度诺贝尔生理学或医学奖被授予巴里马歇尔(Barry JMarshall)和罗宾沃伦(J.Robin Warren)，以表彰他们发现了幽门螺杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理。治胃病的药物中通常含有氢氧化铝。某研究性学习小组根据原理设计了如下五种制备方案：A铝屑与硫酸反应，然后再加入氢氧化钠溶液沉淀铝离子B铝屑与硫酸反应，然后再加氨水沉淀铝离子C铝屑与足量氢氧化钠溶液反应，再加入硫酸生成氢氧化铝D铝屑与足量氢氧化钠溶液反应，再通入二氧化碳生成氢氧化铝E铝屑先分别与硫酸、氢氧化钠溶液反应，然后再将二者反应后的混合液再混合，生成氢氧化铝
14、2021/8/8 星期日20 (1)你认为_方案最佳。(2)在你选择的最佳方案中，如何调整反应物的比 例，从 理 论 上 使 铝 全 部 转 化 成 氢 氧 化 铝：_。2021/8/8 星期日21【解释】(1)因为氢氧化铝是两性氢氧化物，易溶于强酸强碱，所以A、C难于控制加酸或碱的量，舍去；B方案：2Al3H2SO4 Al2(SO4)33H2，Al2(SO4)36NH3H2O 2Al(OH)33(NH4)2SO4；D方案：2Al2NaOH2H2O 2NaAlO23H2，NaAlO2CO22H2O Al(OH)3NaHCO3；E方案：2Al3H2SO4 Al2(SO4)33H2，2Al2NaO
15、H2H2O 2NaAlO23H2，Al33AlO6H2O 4Al(OH)3。以生成8 mol氢氧化铝为标准，需要原料如下：2021/8/8 星期日22比较上述B、D、E方案耗原料量可知，E最省原料。(2)根据化学反应式中反应物计量数投入原料可以获得最大产品量。根据E方案知，与硫酸反应的铝的量与氢氧化钠反应的铝的量13时，铝元素能全部转化成氢氧化铝。【答案】(1)E(2)使与硫酸反应的铝的量与氢氧化钠反应的铝的量13H2SO4(CO2)NaOH(NH3H2O)Al(OH)3B方案12 mol24 mol8 molD方案8 mol8 mol8 molE方案3 mol6 mol8 mol2021/8
16、/8 星期日23【迁移训练3】(将100 mL 3 molL1的NaOH溶液与100 mL 3 molL1的AlCl3溶液按下列两种方法混合：(1)将NaOH溶液逐滴滴入AlCl3溶液中；(2)将AlCl3溶液逐滴滴入NaOH溶液中，对上述实验所得结论正确的是()A现象相同，沉淀量相等B现象相同，沉淀量不等C现象不同，沉淀量相等D现象不同，沉淀量不等C 2021/8/8 星期日24【解释】将NaOH溶液与AlCl3溶液混合时，混合的方式不同，产生的现象不同。按照(1)的操作，开始滴加就有沉淀生成，离子方程式为Al33OH Al(OH)3，Al3与OH按物质的量13发生反应，由于n(Al3)n(
17、OH)0.3 mol，故OH不足，Al3剩余，沉淀不会溶解。按照(2)的操作，开始无沉淀，当AlCl3溶液滴到25 mL以后才开始出现沉淀，反应的离子方程式为：开始时：Al34OH AlO2H2O。可以看出，该反应中，n(Al3)与n(OH)按14反应，2021/8/8 星期日25 故25 mL AlCl3加入其中时Al3全部以 形式存在，当25 mL以后再加AlCl3时发生反应：Al33 6H2O 4Al(OH)3，当Al3过量时，也不会使沉淀溶解，所以C正确。2021/8/8 星期日26 铝的化合物转化关系的图像【例4】(1)向100 mL 0.1 molL1 AlCl3溶液中逐滴滴加0.
18、1 molL1的NaOH溶液，当滴加_mL时沉淀量最多，继续滴加NaOH溶液_mL时沉淀恰好完全溶解。(2)将50 mL某未知浓度的AlCl3溶液分别加到60.0 mL 1.0 molL1的NaOH溶液或60.0 mL 3.0 molL1的NaOH溶液中，均能得到1.56 g Al(OH)3沉淀。则此AlCl3溶液的浓度可能是_molL1。【答案】(1)300100(2)12021/8/8 星期日27【迁移训练4】(丽水期末)下图为一定量AlCl3溶液中加入NaOH溶液后，产生Al(OH)3白色沉淀的质量与NaOH的物质的量之间的关系曲线。试回答：(1)A点时已参加反应的AlCl3和NaOH的
19、物质的量之比为13。(2)写出下列曲线代表的离子反应方程式：OA段Al33OH Al(OH)3，AB段Al(OH)3OH AlO2H2O。2021/8/8 星期日28 (3)B处溶液中存在的浓度最大的离子是_(填离子符号)。向B处生成的溶液中通入二氧化碳，可见到的现象是_。(4)向含有0.1 mol NH4Al(SO4)2溶液中逐滴加入5 molL1 NaOH溶液，开始发现溶液中出现白色沉淀并逐渐增多；一段时间后有刺激性气味的气体逸出；最后白色沉淀逐渐减少并最终消失。请在下图中画出生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液体积的关系示意图。Na生成白色沉淀2021/8/8 星期日29【解释】一定量A
20、lCl3溶液中加入NaOH溶液后，可以得到如下表的信息：反应nAl(OH)3溶液中溶质溶液中各离子的关系OAAlCl33NaOH Al(OH)33NaCln(OH)/3AlCl3、NaCln(Cl)n(Na)3n(Al3)A点NaCln(Na)n(Cl)ABAl(OH)3+NaOHNaAlO22H2O4n(Al3)n(OH)NaCl、NaAlO2n(Na)n(Cl)n(AlO)NaCl、NaAlO2n(Na)n(Cl)n(AlO)B点2021/8/8 星期日30 一定量NH4Al(SO4)2溶液中加入NaOH溶液后，可以用如下的分析方法：NH4Al(SO4)2 Al32 ，可能发生的反应有：A
21、l33OH Al(OH)3，NHOH H2ONH3，Al(OH)3OH 2H2O 按反应顺序有如下组合：(1)若按次序进行反应，首先产生白色沉淀，当Al(OH)3完全沉淀后，与OH反应生成NH3，此时Al(OH)3沉淀不溶解，当 反应完毕后，Al(OH)3沉淀才与NaOH溶液反应而溶解。可以得到如答案中的图像。2021/8/8 星期日31 (2)若按次序进行反应，首先 与OH反应生成NH3，此时，溶液中的Al3会与生成的NH3反应而产生Al(OH)3沉淀，故就是(1)情况。(3)若按次序进行反应，经反应后，得到 ，此时，会发生H2O Al(OH)3NH3的反应，故也是(1)情况。综上所述，反应
22、的次序为。2021/8/8 星期日321.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【解释】铝被钝化后生成物为Al2O3，Al2O3与酸碱均反应，与Cu(NO3)2不反应。C2021/8/8 星期日332.将3.9 g镁铝合金，投入到500 mL 2 mol/L的盐酸中，合金完全溶解，再加入4 mol/L的NaOH溶液，若要生成的沉淀最多，加入的这种NaOH溶液的体积是()A125 mL B200 mL C250 mL D560 mL【解释】用终态法解，生成的产物为氯化钠和氢氧化镁、氢氧化铝沉淀，则物质的量：n(Cl)n(HCl)n(Na
23、)n(NaOH)，VNaOH(aq)500 mL 250 mL。C 2021/8/8 星期日343.(嘉兴二模)向含有1 mol明矾的溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，充分反应，下列说法不正确的是()A当Al3恰好完全沉淀时，消耗Ba(OH)2 1.5 mol B当SO恰好完全沉淀时，Al3全部转化为AlOC当向溶液中加入1.5 mol Ba(OH)2时，反应可用下列离子方程式表示：2Al33SO3Ba26OH 2Al(OH)33BaSO4D随着加入的Ba(OH)2的物质的量不断增大，沉淀的物质的量不断增大 D 2021/8/8 星期日35【解释】1 mol KAl(SO4)2中含1 mol
24、Al3、2 mol SO，根据离子反应Al33OH Al(OH)3，Ba2SO BaSO4，Al(OH)3OH AlO2H2O可进行分析计算。A项：1 mol Al3完全沉淀需3 mol OH，即消耗Ba(OH)2 1.5 mol，正确；B项：2 mol SO完全沉淀需2 mol Ba(OH)2，则引入了4 mol OH，Al3全部转化为AlO，正确；C项：nKAl(SO4)2nBa(OH)223，离子方程式正确；D项：随着Ba(OH)2的加入，Al(OH)3完全沉淀前，沉淀物质的量增加，Al(OH)3开始溶解后，沉淀的物质的量减少，D不正确。2021/8/8 星期日364.某无色透明溶液与铝
25、反应放出H2，该溶液中可能含有大量的H、K、Mg2、Cl、OH、等离子，试推断：第一种情况一定有_离子，可能有_离子。第二种情况一定有_离子，可能有_离子。H、ClK、Mg2OH、KCl、2021/8/8 星期日37【解释】与铝反应放出H2的溶液，可能是强酸性溶液，也可能是强碱性溶液，若为强酸性溶液一定有H，凡与H能反应的一律排除，OH、都被排除。另外还要考虑HNO3的强氧化性，在酸性条件下，不能使Al与之反应而放出H2，故又被排除，考虑电荷守恒，必有阴离子，故Cl必须存在。若该溶液是强碱性溶液，一定有OH，H、Mg2被排除，考虑电荷守恒，必定有K，Cl、可能存在。2021/8/8 星期日382021/8/8 星期日39