从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第2课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝学案苏教版必修1.docx
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从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第2课时铝的氧化物与氢氧化物从铝土矿中提取铝学案苏教版必修1
第2课时 铝的氧化物与氢氧化物 从铝土矿中提取铝
知识内容
必考要求
加试要求
1.地壳中铝的含量及存在形式。
2.从铝土矿中获得铝的方法。
3.两性氧化物、两性氢氧化物的概念,Al2O3、Al(OH)3的重要性质,铝及其重要化合物之间的转化关系。
4.明矾的组成及净水原理。
a
b
c
b
目标
定位
1.根据氧化铝、氢氧化铝的物质类别,会分析其化学性质。
2.熟知Al3+、AlO
和Al(OH)3之间的相互转化。
3.了解从铝土矿提取铝的流程和原理。
一 氧化铝和氢氧化铝
1.Al2O3是一种高硬度、高熔点、高沸点的化合物,常用于制造耐火材料,如耐火坩埚、耐火管和耐高温的实验仪器等。
Al2O3既能与强酸(如盐酸)反应,又能与强碱(如NaOH溶液)反应,是一种两性氧化物。
(1)与盐酸反应的化学方程式是Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O,离子方程式是Al2O3+6H+===2Al3++3H2O。
(2)与NaOH溶液反应的化学方程式是Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,离子方程式是Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O。
2.按要求完成下列实验
(1)在试管中加入10mL0.5mol·L-1的Al2(SO4)3溶液,逐滴加入稀氨水至过量,观察到的实验现象是产生白色胶状沉淀。
反应的化学方程式是Al2(SO4)3+6NH3·H2O===2Al(OH)3↓+3(NH4)2SO4,离子方程式是Al3++3NH3·H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
(2)向同样的Al2(SO4)3溶液中逐滴加入NaOH溶液至过量,观察到的实验现象是先产生白色胶状沉淀,然后白色沉淀又逐渐溶解。
反应的化学方程式为Al2(SO4)3+6NaOH===2Al(OH)3↓+3Na2SO4,Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O。
离子方程式为Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O。
(3)向实验
(1)所得沉淀中逐滴滴入稀盐酸,观察到的实验现象是白色沉淀逐渐溶解,得到澄清溶液,反应的离子方程式为Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O。
3.
(1)复盐的定义:
由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐。
(2)明矾的化学式:
KAl(SO4)2·12H2O,溶于水后的电离方程式:
KAl(SO4)2===K++Al3++2SO
。
(3)明矾溶于水生成Al(OH)3胶体的离子方程式:
Al3++3H2O===Al(OH)3(胶体)+3H+,Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力,它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降,从而达到净水的目的。
归纳总结
1.两性化合物
既可以与酸反应又可以与碱反应生成盐和水的化合物,Al2O3为两性氧化物,Al(OH)3为两性氢氧化物。
2.Al(OH)3难溶于水,为白色胶状沉淀。
3.氢氧化铝不稳定,受热易分解,化学方程式是2Al(OH)3
Al2O3+3H2O。
4.实验室由Al2(SO4)3或AlCl3制备Al(OH)3,应选用氨水,而不选用NaOH溶液。
[提醒]
(1)Al2O3、Al(OH)3不能与NH3·H2O等弱碱反应,也不能与H2CO3等很弱的酸反应。
(2)Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力,它能凝聚水中的悬浮物并使之沉降,从而达到净水的目的。
1.以氧化铝为原料制取氢氧化铝,合理的方法是( )
A.将氧化铝溶于水
B.将氧化铝溶于氨水
C.将氧化铝先溶于盐酸中,之后滴加氢氧化钠溶液
D.将氧化铝先溶于氢氧化钠溶液中,之后通入二氧化碳
答案 D
解析 以Al2O3为原料制取Al(OH)3,有两条途径:
Al2O3+H+―→Al3+―→Al(OH)3,Al2O3+OH-―→AlO
―→Al(OH)3。
因Al(OH)3可溶于强酸、强碱,故应选用Al3+与弱碱反应或AlO
与弱酸反应。
2.下列关于Al(OH)3的性质叙述错误的是( )
A.Al(OH)3是两性氢氧化物
B.Al(OH)3是难溶于水的白色胶状物质
C.Al(OH)3能凝聚水中的悬浮物,也能吸附色素
D.Al(OH)3既能溶于NaOH溶液、氨水,又能溶于盐酸
答案 D
解析 Al(OH)3是两性氢氧化物,能溶于酸,也能溶于NaOH、KOH等强碱,但Al(OH)3不能溶于NH3·H2O等弱碱。
二 Al3+、AlO
和Al(OH)3之间的相互转化
按要求完成下列实验:
(1)向AlCl3溶液中加入过量的NaOH溶液,最后所得溶液中含有NaAlO2、NaCl、NaOH(填溶质化学式)。
(2)把上述溶液分成两份,向其中一份中逐滴加入盐酸至过量,观察到的现象是先产生白色沉淀,后又溶解,得到澄清溶液。
反应的离子方程式为H++OH-===H2O、AlO
+H++H2O===Al(OH)3↓、Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O;向另一份中通入过量的CO2气体,观察到的现象是产生白色沉淀,反应的离子方程式为OH-+CO2===HCO
、CO2+AlO
+2H2O===HCO
+Al(OH)3↓。
归纳总结
1.铝元素的化合态主要以三种形式存在,即Al3+、AlO
和Al(OH)3,它们之间能相互转化。
2.由NaAlO2溶液制备Al(OH)3,应通入CO2气体,而不加入强酸。
3.向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液和向NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸的比较。
NaOH溶液
AlCl3溶液
盐酸
NaAlO2溶液
现象
立即产生白色沉淀→渐多→最多→渐少→消失
离子方程式
①Al3++3OH-===Al(OH)3↓
②Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
①H++AlO
+H2O===Al(OH)3↓
②Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
图像
结论
设x=n(OH-)/n(Al3+)
①当0 ②当x=3时,沉淀的量最多 ③当3 设x=n(H+)/n(AlO ) ①当0 ②当x=1时,沉淀的量最多 ③当1 [提醒] 向AlCl3溶液中加NaOH溶液和向NaAlO2溶液中加盐酸,计算生成Al(OH)3沉淀的量时,有两种情况,即碱(酸)不足和碱(酸)过量,如上图中所示,计算时要注意讨论分析。 3. (1)用AlCl3溶液与NaOH溶液反应时,当Al3+的物质的量与OH-的物质的量之比(以下均填物质的量之比)为________时,Al(OH)3沉淀量最多;________时,Al(OH)3全部溶解;________或________时Al(OH)3沉淀量为最多沉淀量的一半。 (2)NaAlO2溶液与盐酸反应时,AlO 的物质的量与H+物质的量之比为________时,Al(OH)3沉淀量最多;________时,Al(OH)3全部溶解;________或________时,生成的Al(OH)3的量为最多沉淀量的一半。 答案 (1)1∶3 1∶4 2∶3 2∶7 (2)1∶1 1∶4 2∶1 2∶5 解析 (1)向含Al3+的溶液中加入NaOH溶液时,有关反应: Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO +2H2O,总反应: Al3++4OH-===AlO +2H2O。 由上述反应方程式可知当n(Al3+)∶n(OH-)=1∶3时,沉淀量最大;当n(Al3+)∶n(OH-)=2∶3或2∶7时,沉淀量为最大量的一半。 (2)向含AlO 的溶液中加入盐酸时,有关反应: AlO +H++H2O===Al(OH)3↓,Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O,总反应: AlO +4H+===Al3++2H2O。 当n(AlO )∶n(H+)=1∶1时,沉淀量最大;当n(AlO )∶n(H+)=1∶4时,沉淀完全溶解;当n(AlO )∶n(H+)=2∶1或2∶5时,沉淀量为最大量的一半。 三 从铝土矿中提取铝 1.铝的存在 (1)含量: 铝元素是地壳中含量最多的金属元素。 (2)存在: 地壳中铝以化合态存在于铝土矿中,铝土矿的主要成分是Al2O3。 2.从铝土矿制备铝的工艺流程如下图所示: 写出上图中反应的化学方程式: Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O; NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3; 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O; 2Al2O3 4Al+3O2↑。 归纳总结 1.Al2O3是一种高熔点的化合物,为了降低能耗,工业上加入冰晶石(Na3AlF6),使Al2O3在1000℃熔融,以降低铝的冶炼成本。 2.电解法制铝是采用高熔点的Al2O3,而不用熔点低很多的AlCl3,是因为AlCl3在熔融状态时不电离、不导电。 3.酸化时用过量CO2,使NaAlO2完全转化为Al(OH)3沉淀,不能用强酸酸化,因为过量的强酸能使Al(OH)3溶解。 4.铝土矿中的主要成分是Al2O3,还含有少量Fe2O3等杂质。 工业上从铝土矿中提取铝的工艺流程如下图所示。 请回答下列问题: (1)“操作1”“操作2”相同,操作的名称为_____________________________________, 实验室进行此项操作使用的玻璃仪器有__________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)向NaAlO2溶液中通入了一种过量气体,这种气体是下列中的________(填字母)。 a.HClb.NH3c.CO2d.O2 (3)NaAlO2溶液中通入过量气体的目的是_______________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)冶炼铝需要纯度较高的氧化铝,检验得到的氧化铝中不含Fe2O3的化学方法是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)工业常在溶解之前将铝土矿粉碎,其目的是_______________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)过滤 漏斗、烧杯、玻璃棒 (2)c (3)使AlO 完全转化为Al(OH)3沉淀 (4)取样品加入足量的稀盐酸溶解,滴加KSCN溶液,不变血红,证明不含Fe2O3 (5)使铝土矿与NaOH充分接触,提高反应速率和原料的利用率 1.下列说法正确的是( ) A.金属氧化物都能与水反应生成碱 B.非金属氧化物都能与水反应生成酸 C.氧化铝既能与盐酸反应又能与氨水反应 D.氧化铝是冶炼金属铝的原料 答案 D 解析 多数金属氧化物和部分非金属氧化物不溶于水,例如CuO、SiO2等;Al2O3是两性氧化物,能与酸和强碱溶液反应;工业上用电解Al2O3的方法制备铝。 2.相等物质的量的下列物质,分别与足量NaOH溶液反应,消耗NaOH的物质的量最多的是( ) A.Al2O3B.KAl(SO4)2 C.Al(OH)3D.Al 答案 B 解析 若各物质的物质的量为1mol,则有以下分析计算。 A项: Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O 1mol2mol B项: 2KAl(SO4)2+8NaOH===K2SO4+2NaAlO2+3Na2SO4+4H2O 1mol 4mol C项: Al(OH)3+NaOH===NaAlO2+2H2O 1mol 1mol D项: 2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ 1mol1mol 故消耗NaOH物质的量最多的是KAl(SO4)2。 3.实验室中要使AlCl3溶液中的Al3+和NaAlO2溶液中的AlO 全部沉淀出来,最适宜的试剂分别是( ) A.NaOH溶液,盐酸B.Ba(OH)2溶液,醋酸 C.盐酸,氨水D.氨水,CO2 答案 D 解析 用弱碱和弱酸使Al3+和AlO 沉淀,防止Al(OH)3溶解。 4.把Ba(OH)2溶液滴入明矾溶液中,若恰好使SO 全部转化成BaSO4沉淀,此时铝元素的主要存在形式是( ) A.Al3+B.Al(OH)3 C.AlO D.Al3+和Al(OH)3 答案 C 解析 Ba(OH)2和KAl(SO4)2以物质的量之比2∶1反应时,才能使SO 全部转化成BaSO4,此时铝元素全部转化为AlO ,反应的离子方程式为2Ba2++4OH-+Al3++2SO ===2BaSO4↓+AlO +2H2O。 5.如图是在明矾溶液中滴入氢氧化钡溶液,下列说法错误的是( ) A.OA段的反应离子方程式: 2Al3++3SO +3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓ B.AB段的离子方程式只有: Al(OH)3+OH-===AlO +2H2O C.A点的沉淀为Al(OH)3和BaSO4的混合物 D.B点溶液为KAlO2溶液 答案 B 解析 向明矾溶液里滴加氢氧化钡溶液,开始到生成沉淀的物质的量最大时: 2Al3++3SO +3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓;继续加氢氧化钡,当硫酸根离子恰好沉淀完全时,发生KAl(SO4)2+2Ba(OH)2===2BaSO4↓+KAlO2+2H2O,A项,OA段生成沉淀的物质的量最大,反应离子方程式: 2Al3++3SO +3Ba2++6OH-===2Al(OH)3↓+3BaSO4↓,正确;B项,AB段氢氧化铝溶解,钡离子与硫酸根离子生成沉淀,则离子方程式: SO +Ba2++Al(OH)3+OH-===AlO +BaSO4↓+2H2O,错误;C项,OA段生成沉淀的物质的量最大,沉淀为Al(OH)3和BaSO4的混合物,正确;D项,AB段氢氧化铝溶解,B点溶液为KAlO2溶液,正确。 6.工业制备铝一般是从铝土矿(主要成分是Al2O3,含有Fe2O3杂质)中得到纯净的Al2O3,然后电解Al2O3得到铝。 下图是从铝土矿中提纯Al2O3的简单示意图。 其中涉及到的一个反应是NaAlO2+CO2+2H2O===NaHCO3+Al(OH)3↓。 (1)图示中Ⅰ的实验操作是______________;图示中Ⅱ加入的试剂是____________________。 (2)写出下列物质的化学式: B____________________,C______________________, H____________________,F______________________。 (3)写出下列化学方程式: ①________________________________________________________________________。 ②________________________________________________________________________。 ③________________________________________________________________________。 ④________________________________________________________________________。 答案 (1)过滤 Ca(OH)2 (2)NaAlO2 Fe2O3 CaCO3 Al2O3 (3)①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O ②NaHCO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+NaOH+H2O ③2Al(OH)3 Al2O3+3H2O ④2Al2O3 4Al+3O2↑ 解析 溶液B中通入CO2产生沉淀,说明B溶液为NaAlO2溶液,则向铝土矿中加入的试剂①是NaOH溶液,操作Ⅰ是过滤;则溶液D为NaHCO3溶液,反应②为NaHCO3+Ca(OH)2===CaCO3↓+NaOH+H2O。 课时作业 [经典基础题] 1.在铝土矿制备金属铝的三个主要操作: ①酸化、②灼烧、③电解中,没有发生过的化学反应类型是( ) A.氧化还原反应B.复分解反应 C.分解反应D.置换反应 答案 D 解析 ①酸化发生的反应是NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,属于复分解反应;②灼烧发生的反应是2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,属于分解反应;③电解发生的反应是2Al2O3 4Al+3O2↑,属于氧化还原反应,也属于分解反应。 2.若要除去MgO中混有的少量Al2O3杂质,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 答案 D 解析 要除去MgO中的少量Al2O3杂质,应选择一种能与Al2O3反应而不与MgO反应的试剂。 根据Al2O3能溶于强碱溶液,而MgO不能,知可选用NaOH溶液。 3.下列叙述正确的是( ) A.铝元素是地壳中含量最多的元素 B.工业炼铝采用电解熔融的铝土矿的方法 C.冰晶石能使氧化铝熔融温度降低 D.工业上可用还原剂把氧化铝还原成金属铝 答案 C 解析 铝元素是地壳中含量最多的金属元素;铝土矿中含有很多杂质,不能直接用来炼铝;由于铝的化学性质活泼,无法用还原剂把金属铝从氧化铝中还原出来。 4.将表面已完全钝化成氧化铝的铝条,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 答案 C 解析 A项,Al2O3+6HNO3(稀)===2Al(NO3)3+3H2O;B项,Al2O3+6HCl===2AlCl3+3H2O;D项,Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,故A、B、D三项都不符合题意;只有C中的硝酸铜不与Al2O3反应,故硝酸铜不会与表面完全钝化成氧化铝的铝条反应。 5.下列离子反应方程式正确的是( ) A.AlCl3溶液中加少量氨水: Al3++3OH-===Al(OH)3↓ B.氧化铝和过量的烧碱溶液反应: Al2O3+2OH-===2AlO +H2O C.氯化铝溶液与过量NaOH溶液反应: Al3++3OH-===Al(OH)3↓ D.向Al2(SO4)3溶液中滴加足量的氨水: Al3++4NH3·H2O===AlO +4NH +2H2O 答案 B 解析 A项氨水应写成NH3·H2O;C项Al(OH)3溶于NaOH溶液,产物为AlO 和H2O;D项Al(OH)3不溶于过量的氨水,产物为Al(OH)3和NH 。 只有B项正确。 6.相同质量的下列物质分别与等浓度的NaOH溶液反应,至体系中均无固体物质,消耗碱量最多的是( ) A.AlB.Al(OH)3C.AlCl3D.Al2O3 答案 A 解析 依据物质的量关系式: Al~NaOH、Al(OH)3~NaOH、AlCl3~4NaOH、Al2O3~2NaOH可知,27gAl、78gAl(OH)3、 gAlCl3、51gAl2O3分别消耗1molNaOH,那么相同质量时Al消耗NaOH最多。 7.向KAl(SO4)2溶液中滴加Ba(OH)2溶液,使SO 恰好完全沉淀,反应的离子方程式正确的是( ) A.Ba2++SO ===BaSO4↓ B.2Al3++3SO +3Ba2++6OH-===3BaSO4↓+2Al(OH)3↓ C.Al3++2SO +2Ba2++3OH-===2BaSO4↓+Al(OH)3↓ D.Al3++2SO +2Ba2++4OH-===2BaSO4↓+AlO +2H2O 答案 D 解析 1molKAl(SO4)2电离出1molK+、1molAl3+和2molSO ,若使SO 全部沉淀,则需2molBa(OH)2,即4molOH-和2molBa2+,2SO +2Ba2+===2BaSO4↓,此时,1molAl3+恰好与4molOH-反应转化为AlO ,Al3++4OH-===AlO +2H2O,两式合并即得D选项。 8.下列操作中最终可以得到Al(OH)3的是( ) A.Al2O3和水混合加热 B.过量的稀HCl加入到NaAlO2溶液中 C.过量的NaOH溶液加入到AlCl3溶液中 D.过量的氨气通入到AlCl3溶液中 答案 D 解析 Al2O3不能与水反应,过量的NaOH溶液与AlCl3反应生成NaAlO2、NaCl和H2O。 9.在Al2(SO4)3和MgSO4的混合溶液中,滴加NaOH溶液,生成沉淀的量与滴入NaOH溶液的体积关系如图所示,则原混合液中Al2(SO4)3与MgSO4的物质的量浓度之比为( ) A.2∶1B.1∶2 C.1∶1D.1∶3 答案 B 解析 溶解Al(OH)3消耗碱10mL,则生成Al(OH)3消耗NaOH为30mL,生成Mg(OH)2消耗NaOH为(50-30)mL,故Al3+与Mg2+浓度之比1∶1,则Al2(SO4)3与MgSO4的物质的量浓度之比为1∶2。 10.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3,含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下: 下列叙述正确的是( ) A.试剂X可以是氢氧化钠溶液,也可以是盐酸 B.反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C.图中所示转化反应都不是氧化还原反应 D.反应②的化学方程式为NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3 答案 D 解析 工业上用铝土矿为原料冶炼铝的各步化学方程式依次为Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O,NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3,2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,2Al2O3 4Al+3O2↑。 因此,流程中试剂X是NaOH溶液,若用盐酸,则会将Fe2O3同时溶解。 反应①过滤后的沉淀为Fe2O3,只有第四个反应属于氧化还原反应。 [能力提升题] 11.A、B、C、D、E为五种化合物,均含有某种常见元素,它们的转化关系如下图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶的白色固体,E则易溶于水,已知A中含钾元素。 请回答下列问题(答案合理即可): (1)写出下列物质的化学式: B____________________,D____________________。 (2)五种化合物中难溶于水的是______________
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