高中化学必修一_从铝土矿中提取铝(苏教版)

Al2O3＋2OH－===2AlO2－＋H2O AlO2－＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO3－
二、Al2O3的性质及应用
为什么说氧化铝是两性氧化物？ [师生互动] 【提示】 因为Al2O3既可以与酸反应又能与碱反应生成盐和水，故可
看成是两性氧化物。
氧化铝除了用来提取铝外，还有哪些用途？ [学生交流] 【提示】 Al2O3的其他用途有：
(1)制造耐火材料。
(2)α－氧化铝是刚玉的主要成份。红宝石、蓝宝石是含有少量不同
1.从铝土矿制备铝所涉及的下列有关反应中，属于氧化还 原反应的是( )
A．铝土矿溶于NaOH溶液中
C．灼烧氢氧化铝固体
B．NaAlO2溶液的酸化
D．电解熔融的氧化铝
【解析】 氧化还原反应的特征是元素化合价的变化。熟悉从铝土矿石中 提取铝所涉及的反应，然后分析反应中是否有元素化合价的变化。只有D 选项中元素的化合价在反应前后发生了变化。 【答案】 D
3．冶炼铝时发生的主要反应关系如下：
在上述①～④步反应中，属于氧化还原反应的是________(填序号， 下同)，属于分解反应的是__________，属于复分解反应的是________，
提纯氧化铝的步骤有________。第①步反应离子方程式为
_________________ ，第②步反应在CO2足量时的离子方程式为 _____________________________________________。 【答案】 ④ ③ ①② ①②③
(2
Al2O3＋2OH－ ===2AlO2－＋H2O
3．Al2O3的物理性质
硬度高，熔点高， 不溶于水 (填溶解性)的白色固体、常用于制造 。 。
耐宝石 、 蓝宝石
一、从铝土矿中提取铝
工业上为什么不采用还原法冶炼铝，而是利用电解法？ [师生互动] 【提示】 Al是十分活泼的金属，利用一般的还原剂很难与Al2O3反
经分析：生产原料(铝土矿)和提取Al2O3后的残渣(赤泥)的部分成分如下 表所示(以氧化物表示)，且已知铝土矿中的Fe2O3全部转入赤泥。
成分 铝土矿 赤泥
Al2O3 Fe2O3 55% 15% 16% 48%
Na2O(由NaOH折算为 Na2O) 0 8%
(1)生产中每消耗1 t铝土矿将产生________吨赤泥。 (2)试计算每炼出1 t铝，理论上需要多少吨铝土矿？应补充多少吨NaOH？ (结果保留2位小数)
④不透明——作忌光物(如胶卷)的包装材料。
⑤银白色、有金属光泽——作涂料(俗称银粉、银漆)。
(3)铝易与许多金属或非金属元素形成多种性能优良的合金。
①Al与Mg、Cu、Si、Zn、Li等金属能形成各种性能优良的铝合 金。 ②铝合金的特点：密度小，强度高，塑性好，易成型，制造工艺 简单，成本低廉等。
)
【解析】 Al2O3既能与酸反应，又能与碱反应生成盐和水，所以
属于两性氧化物。
【答案】 C
2．工业上用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝，而不用还原剂
还原氧化铝的方法冶炼铝，下列有关说法中正确的是( )
A．氧化铝中铝元素的化合价为＋3价，只有还原性，没有氧 化性 B．氧化铝的熔点较低，在熔融状态下易被还原 C．铝单质的还原性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝 D．铝离子的氧化性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝 【答案】 C
应，所用工业上用电解的方法来制铝。
氧化铝电解过程中的电极材料是否被消耗？
[学生互动] 【提示】 电解Al2O3除生成Al外，连接电源正极的电极上释放氧气， 高温下会消耗电极材料，另一电极上不会消耗。
从铝土矿中提取得到铝采用什么工艺流程？ [学生交流] 【提示】 工艺流程图：
工业上从铝土矿(含Al2O3、Fe2O3等)制取铝可采用如下流程：
①K、Ca、Na、Mg、Al一般采用电解熔融盐或氧化物的方法冶炼。
②Zn、Fe、Sn、Cu一般采用还原剂(如H2、CO等)通过高温还原法冶 炼，再进行精炼。
③Hg、Ag一般采用高温分解相应化合物的方法冶炼。
1．对氧化铝的分类中正确的是( A．酸性氧化物 B．碱性氧化物 C．两性氧化物 D．不成盐氧化物(像CO一样)
NaHCO3与HCl反应：
NaHCO3＋HCl===NaCl＋CO2↑＋H2O 【答案】 BD
2.在MgO中混有少量的Al2O3杂质，欲将杂质除去，可选 用的试剂是( A．稀硫酸 ) B．浓氨水
C．稀盐酸
D．氢氧化钠溶液
【解析】 除杂问题所选试剂的基本原则是只与杂质发生化学反应 而不影响主要存在的物质。此题利用Al2O3的两性为突破口。 【答案】 D
【解析】 (1)由题意知：
(2)设每炼出1 t铝耗铝土矿y t，同时产生 1 y t的赤泥，则铝土矿 3 中Al2O3质量＝赤泥中Al2O3质量＋用于冶炼铝的Al2O3质量。 1 102 即y×55%＝y× 3 ×15%＋ 54 ×1，y＝3.78。 由Na2O～2NaOH可知：补充NaOH质量＝赤泥中NaOH质量。 1 80 即补充NaOH质量为3.78× 3 ×8% × ＝0.13 t。 62 【答案】 (1)0.33 (2)3.78 t 0.13 t
(2)铝元素在地壳中的存在形式
铝元素占地壳总量的 矿(主要成分为 Al2O3 7.73% ，是地壳中含量 最高 的金属元素。铝土 ，还有少量的杂质)是铝元素在地壳中的主要存在形
式之一。
2．铝的冶炼 以铝土矿为原料，冶炼铝包括两个过程：由铝土矿 提纯 氧化铝和由氧化 铝 电解 制取金属铝。
(1)Al2O3的提取 ①铝土矿与NaOH溶液反应，生成 NaAlO2 和水，化学方程式为
第一单元
从铝土矿到铝合金
第一课时 从铝土矿中提取铝
1．掌握从铝土矿中提取铝的方法原理。 2．掌握氧化铝的重要性质及应用。 3．体会铝的化合物的特殊性质，注重化学原理在工业生产中的应用。
一、从铝土矿中提取铝 1．铝的存在 (1)地壳中金属元素的含量 地壳中含量较多的四种金属顺序(由高到低)为： Al、Fe、Ca、Na 。
二、Al2O3的性质及应用 又能与碱反应 生成盐和水的氧化物 。 既能与酸反应， 1．两性氧化物： 2．请写出Al2O3分别与H2SO4、烧碱反应的化学方程式，并改写为离子 方程式： (1)
Al2O3＋3H2SO4 ===Al2(SO4)3＋3H2O
Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Al2O3＋2NaOH ===2NaAlO2＋H2O
Al2O3＋2NaOH=== 2NaAlO2＋H2O
。
②在NaAlO2溶液中通入过量CO2，生成 Al(OH)3 沉淀和NaHCO3，化学方 程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3。
△ ③灼烧Al(OH)3得到Al2O3，化学方程式为 2Al(OH) ===== Al O ＋3H O 。 3 2 3 2 (2)Al2O3的电解
高温 WO3＋3H2 ===== W＋3H2O；
Cr2O3＋2Al 高温 Al2O3＋2Cr(铝热反应)。 ===== 3．电解法 适用于金属活动顺序表在Al以前的金属。 2Al2O3 通电 4Al＋3O2↑； ===== 通电 2NaCl ===== 2Na＋Cl2↑。
金属的活动性影响该元素在自然界的存在形式。一般活 泼的金属在自然界中以化合态存在，而活动性很差的金属以游离态存在 于自然界中。如金以单质形式存在，可采用物理方法富集冶炼。在以化 合态存在的金属元素中，因活动性不同，金属冶炼时可采用方法也不同。
金属冶炼的方法
1．热分解法 适用于金属活动顺序表中Hg以后的金属(很不活泼的金属)。 △ △ 例如，2HgO ===== 2Hg＋O ↑，2Ag O ===== 4Ag＋O ↑。
2 2 2
2．热还原法 常见的还原剂有H2、C、CO等。例如， MgO＋C ===== Mg＋CO↑； 高温 高温 Fe2O3＋3CO ===== 2Fe＋3CO2；
金属氧化物的优质刚玉。
下列物质中，既能与NaOH溶液反应，又能与盐酸反应 的是( ) B．Al2O3 D．NaHCO3
A．MgO C．NaHSO4
【解析】 MgO只能与盐酸反应：
MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O Al2O3与NaOH反应： Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O Al2O3与盐酸反应： Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O NaHSO4只与NaOH反应： NaHSO4＋NaOH===Na2SO4＋H2O NaHCO3与NaOH反应： NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O
工业上采用电解熔融氧化铝制得金属铝，化学方程式为
2Al2O3
。 通电 ===== 4Al＋3O2↑
实际生产中采用什么措施降低氧化铝的熔点？
【提示】 通常在工业生产中向氧化铝中添加冰晶石
(Na3AlF6)，使氧化铝熔融温度降低，从而减少能量消耗。
3．铝的用途 (1)铝合金主要用于建筑业、交通运输业以及电子行业。 (2)铝由其优良的物理性质所决定的重要用途，主要有： ①延展性——制作铝线、铝箔、多种容器。 ②导电性——电的良导体。铝的导电性仅次于铜，是优良的导体之一。 ③导热性——热的良导体。