从矿物到基础材料第一单元从铝土矿到铝合金第2课时从铝土矿中提

第二课时 从铝土矿中提取铝

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[课标要求]

1．了解铝元素在自然界中的主要存在形式。 2．了解从铝土矿中得到金属铝的过程。

1．铝元素是地壳中含量最多的金属元素，铝土矿(主要成分是Al2O3)是铝元素在

地壳中的主要存在形式之一。

2．从铝土矿(Al2O3、Fe2O3、SiO2)提取Al2O3的两个流程： 足量NaOH溶液过量盐酸

(1)铝土矿――→NaAlO2――→ 过量氨水△AlCl3――→Al(OH)3――→Al2O3。 足量HCl溶液过量NaOH溶液(2)铝土矿――→AlCl――→ 3

过量CO2△NaAlO2――→Al (OH)3――→Al2O3。 3．铝元素在溶液中存在的形式 (1)在酸性溶液中存在形式Al。 (2)在碱性溶液中存在形式AlO2。

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 (1)流程图

－3＋

(2)反应原理

①碱溶：化学方程式：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O； 离子方程式：Al2O3＋2OH===2AlO2＋H2O；

1

－

－

②酸化：化学方程式：CO2(过量)＋NaAlO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3； 离子方程式：AlO2＋CO2(过量)＋2H2O===Al(OH)3↓ ＋HCO3；

③灼烧：2Al(OH)3△,Al2O3＋3H2O； ④电解：2Al2O3通电,4Al＋3O2↑。 (3)电解氧化铝时冰晶石的作用

由于氧化铝的熔点很高，直接加热使其熔化需要消耗很大的能量。在实际生产中，向氧化铝中添加冰晶石(Na3AlF6)，使氧化铝熔融温度降低，从而减少了冶炼过程中的能量消耗。

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 B．NaAlO2溶液的酸化 C．灼烧氢氧化铝固体 D．电解熔融的氧化铝

解析：选D 从铝土矿制备铝所涉及的反应中，只有电解熔融的氧化铝涉及元素化合价的改变，2Al2O3(熔融)通电,4Al＋3O2↑，属于氧化还原反应。

2．铝土矿的主要成分是Al2O3，还含有少量杂质，已知下列操作：①加NaOH溶液溶解；②通入过量的CO2；③过滤；④加盐酸酸化；⑤灼烧。要得到高纯度的Al2O3，上述操作的正确顺序是( )

A．①②③⑤ C．①③④③⑤

B．①③②③⑤ D．①④③⑤

－

－

解析：选B 将铝土矿用NaOH溶液溶解后过滤，目的是除去不与NaOH溶液反应的矿渣，并使Al2O3变成AlO2。用CO2酸化是因为Al(OH)3溶于强酸，若加入盐酸，则盐酸的量难以控制，故选B。

[方法技巧]

从铝土矿(主要成分Al2O3，含Fe2O3、SiO2杂质)中提取Al2O3两个流程： －

2

有关氢氧化铝的图像分析

1．图像类型

(1)向含1 mol AlCl3的溶液中加入氨水至过量

①实验现象：立即产生白色沉淀，且沉淀不溶于过量氨水。 ②反应原理：Al＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4 ③数量关系：

3＋

＋

nn3

·H2

3＋＝3时，生成沉淀的量最多。

(2)向含1 mol AlCl3的溶液中加入氢氧化钠溶液至过量

①实验现象：立即产生白色沉淀且沉淀量逐渐增多，达最大量后，随着NaOH溶液的加入沉淀量又逐渐减少，直至消失。

②反应原理：OA段：Al＋3OH===Al(OH)3↓

3

3＋

－

AB段：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O

③数量关系：OA段消耗的NaOH与AB段消耗的NaOH的物质的量之比为3∶1。 (3)向含1 mol NaAlO2的溶液中通入CO2至过量

①实验现象：立即产生白色沉淀，且沉淀不溶解。 ②反应原理：

2－OA段：AlO－2＋3H2O＋CO2===2Al(OH)3↓＋CO3 －－AB段：CO23＋H2O＋CO2===2HCO3

③数量关系：

nn2－2

1

＝时，生成沉淀的量最多 2

(4)向含1 mol NaAlO2的溶液中加入盐酸至过量

①实验现象：立即产生白色沉淀且沉淀量逐渐增多，达最大量后，随着盐酸的加入沉淀量又逐渐减少，直至消失。

②反应原理：OA段：AlO2＋H＋H2O===Al(OH)3↓

－

＋

AB段：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O

③数量关系：OA段消耗的HCl与AB段消耗HCl的物质的量之比为1∶3。 (5)向含MgCl2、AlCl3各1 mol的混合溶液中加入氢氧化钠溶液至过量。

①实验现象：立即产生白色沉淀，且沉淀量逐渐增多，达最大量后，随着NaOH溶液的加入沉淀量部分溶解，但不完全消失。

②反应原理：OA段：Al＋3OH===Al(OH)3↓， Mg＋2OH===Mg(OH)2↓；

2＋

－

3＋

－

AB段：Al(OH)3＋OH－===AlO－2＋2H2O

③数量关系：AB段消耗的NaOH的物质的量即为混合液中Al的物质的量。 2．反应过程中铝元素存在的形式分析

(1)向1 L 1 mol·L的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液

－1

3＋

4

(2)向1 L 1 mol·L的NaAlO2溶液中滴加稀盐酸

－1

1．将NaOH溶液逐滴加入到用盐酸酸化的AlCl3溶液中，若用y轴表示Al(OH)3沉淀的量，x轴表示NaOH溶液的体积，下列图像正确的是( )

解析：选D 当溶液中有H、Al时，加入的OH先与H反应，后与Al反应：H＋OH

－

＋

3＋

－

＋

3＋

＋

3＋

－

===H2O，Al＋3OH===Al(OH)3↓， 故开始加入NaOH溶液时，无沉淀产生，随着NaOH量的

增加，沉淀的量也逐渐增加，当NaOH溶液加入到一定量时，沉淀量达到最大值，再加入NaOH溶液，沉淀开始溶解：Al(OH)3＋OH===AlO2＋2H2O。形成沉淀与溶解沉淀所需NaOH溶液的体积比为3∶1。综上所述，D项的图像符合题意。

2．向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，则原混合溶液中Al2(SO4)3与MgSO4的物质的量浓度之比为( )

－

－

A．6∶1

B．3∶1 C．2∶1 D．1∶2

解析：选D 由50→60 mL可知10 mL NaOH溶液刚好溶解了Al(OH)3，故产生这些Al(OH)3

需30 mL NaOH，则在加入的50 mL NaOH溶液中有20 mL与Mg反应，所以n(Al)∶n(Mg

＋

2＋

3＋

2

)＝1∶1，则Al2(SO4)3和MgSO4的物质的量浓度之比为1∶2。

[三级训练·节节过关]

1．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，下列说法正确的是( )

A．氧化铝中的铝元素为＋3价，只有还原性，没有氧化性 B．加入冰晶石降低氧化铝的熔点，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

5

D．铝离子的氧化性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝

解析：选C 氧化铝中铝元素为＋3价，是其最高价，故只有氧化性，无还原性，但Al

＋

3

氧化性较弱，较难用还原剂还原氧化铝得到铝。

2．在H2SO4酸化过的Al2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液，生成沉淀W(g)与所加NaOH溶液

体积V的关系如图，其中正确的是( )

解析：选D NaOH溶液先与H2SO4反应，没有沉淀生成，然后NaOH溶液再与Al2(SO4)3

溶液反应生成Al(OH)3，生成Al(OH)3沉淀与溶解Al(OH)3沉淀所用NaOH的物质的量之比为3∶1。

3.将一定量的镁铝合金放入一定量的盐酸中，合金恰好全部溶解，向所得溶液中滴加一定浓度的NaOH溶液，加入NaOH溶液的体积(V)与沉淀质量(m)的关系如图所示。下列说法正确的是( )

①A点的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3 ②B点的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3 ③A点的沉淀是Al(OH)3 ④B点的沉淀是Mg(OH)2

A．①② C．③④

B．②③ D．①④

2＋

－

解析：选D A点产生沉淀的质量最大，即A 的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3。Mg＋2OH

3＋

－

===Mg(OH)2↓，Al＋3OH===Al(OH)3↓，之后再加入NaOH溶液，Al(OH)3溶解，Al(OH)3＋OH===AlO2＋2H2O，至B点时Al(OH)3溶解完全，只剩下Mg(OH)2。

4．现根据以下几个实验作出了如图所示的图像，横坐标表示向某溶液中加入另一种物质的物质的量，纵坐标表示沉淀的物质的量。根据实验内容，选择相应图像的字母填空。

－

－

(1)向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至过量________________________________。 (2)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量________________________________。 (3)向用盐酸酸化的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量________。 (4)向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量________。

6

D．铝离子的氧化性强，较难用还原剂还原氧化铝得到铝

解析：选C 氧化铝中铝元素为＋3价，是其最高价，故只有氧化性，无还原性，但Al

＋

3

氧化性较弱，较难用还原剂还原氧化铝得到铝。

2．在H2SO4酸化过的Al2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液，生成沉淀W(g)与所加NaOH溶液

体积V的关系如图，其中正确的是( )

解析：选D NaOH溶液先与H2SO4反应，没有沉淀生成，然后NaOH溶液再与Al2(SO4)3

溶液反应生成Al(OH)3，生成Al(OH)3沉淀与溶解Al(OH)3沉淀所用NaOH的物质的量之比为3∶1。

3.将一定量的镁铝合金放入一定量的盐酸中，合金恰好全部溶解，向所得溶液中滴加一定浓度的NaOH溶液，加入NaOH溶液的体积(V)与沉淀质量(m)的关系如图所示。下列说法正确的是( )

①A点的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3 ②B点的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3 ③A点的沉淀是Al(OH)3 ④B点的沉淀是Mg(OH)2

A．①② C．③④

B．②③ D．①④

2＋

－

解析：选D A点产生沉淀的质量最大，即A 的沉淀是Mg(OH)2、Al(OH)3。Mg＋2OH

3＋

－

===Mg(OH)2↓，Al＋3OH===Al(OH)3↓，之后再加入NaOH溶液，Al(OH)3溶解，Al(OH)3＋OH===AlO2＋2H2O，至B点时Al(OH)3溶解完全，只剩下Mg(OH)2。

4．现根据以下几个实验作出了如图所示的图像，横坐标表示向某溶液中加入另一种物质的物质的量，纵坐标表示沉淀的物质的量。根据实验内容，选择相应图像的字母填空。

－

－

(1)向NaOH溶液中逐滴加入AlCl3溶液至过量________________________________。 (2)向AlCl3溶液中逐滴加入氨水至过量________________________________。 (3)向用盐酸酸化的AlCl3溶液中滴加NaOH溶液至过量________。 (4)向NaAlO2溶液中滴加盐酸至过量________。

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