课堂新坐标教师用书高中化学 专题三 第一单元 从铝土矿到铝合金教学设计 苏教版必修1Word格式文档下载.docx
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重 点 难 点
1.了解铝土矿中提取铝的过程及其原理。
2.了解Al2O3、Al(OH)3的性质及应用。
3.了解两性氧化物和两性氢氧化物的含义。
1.铝土矿中提取铝的原理。
(重点)
2.Al2O3、Al(OH)3的两性及应用。
(难点)
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高的金属元素。
(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.从铝土矿中提取铝的工艺流程
1.电解Al2O3时向其中加冰晶石的作用是什么?
【提示】 使Al2O3的熔融温度降低,减少冶炼过程中能量消耗。
铝的氧化物与氢氧化物
1.氧化铝——两性氧化物
(1)物理性质及其应用
①Al2O3是白色的难溶的固体,常用于制造耐火材料。
②刚玉:
主要成分是α氧化铝,硬度仅次于金刚石。
③红宝石、蓝宝石:
主要成分是氧化铝。
(2)化学性质
①两性氧化物:
既可以与酸反应,又可以与碱反应,生成盐和水的氧化物。
②Al2O3体现两性氧化物性质的离子反应方程式
Al2O3
Al2O3+6H+===2Al3++3H2O
Al2O3+2OH-===2AlO
+H2O
2.氢氧化铝——两性氢氧化物
Al(OH)3为白色难溶于水的胶状物质
(1)两性氢氧化物:
既可以与酸反应,又可以与碱反应生成盐和水的氢氧化物。
(2)Al(OH)3表现两性的离子反应方程式
Al(OH)3
Al(OH)3+3H+===Al3++3H2O
Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O
(3)Al(OH)3的一般实验室制备
①试剂:
AlCl3溶液或Al2(SO4)3溶液和氨水
②反应离子方程式Al3++3NH3·
H2O===Al(OH)3↓+3NH
。
2.AlCl3溶液中加入过量NaOH溶液能得到Al(OH)3吗?
为什么?
【提示】 不能,因为开始生成的Al(OH)3又与过量的NaOH反应生成NaAlO2。
铝的提取流程及其原理
【问题导思】
①铝土矿中Al2O3一般可用什么物质溶解?
【提示】 一般可用NaOH溶液或稀盐酸溶解。
②将NaAlO2溶液形成Al(OH)3沉淀可加入什么物质?
【提示】 可通入足量的CO2。
1.提取流程
2.反应原理
①Al2O3+2NaOH===2NaAlO2+H2O
②NaAlO2+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+NaHCO3
③2Al(OH)3
Al2O3+3H2O
④2Al2O3
4Al+3O2↑
1.冰晶石可以降低Al2O3熔融的温度。
2.电解法制镁采用电解熔融MgCl2的方法,而不采用电解熔融MgO的方法,是因为MgO是一种高熔点化合物。
现在,电解法制铝采用高熔点的Al2O3,而不采用低熔点的AlCl3,因为AlCl3是共价化合物,熔融状态不导电,无法电解。
工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁等)制取铝的过程如下:
铝
土
矿 ,NaOH
溶液A
沉淀C溶液B
Na2CO3
溶液
CaCO3
沉淀溶液E循环利用Al(OH)3
沉淀 ,Al2O3
Al
请回答下列问题:
(1)沉淀C的化学式是________,该物质除了可用作颜料以外,还可用于_____________________________。
(2)电解熔融氧化铝时,加入冰晶石的作用是________。
(3)操作Ⅰ、操作Ⅱ、操作Ⅲ都是________(写操作名称)。
(4)生产过程中,除NaOH、H2O可以循环使用以外,还可以循环使用的物质有________和________(写化学式)。
用此方法制取铝,副产品除沉淀C以外,还有________(写化学式)。
(5)溶液B中通入足量CO2发生反应的离子方程式为
____________________________________。
(6)写出Na2CO3溶液与CaO反应的离子方程式:
_____________________________________。
【解析】 本题在教材流程图的基础上进行细化,增加了副产品的循环使用。
氧化铁是碱性氧化物,不溶于烧碱。
CaO+CO2↑,因此,除NaOH和H2O外,CaO和CO2也可以循环使用。
【答案】
(1)Fe2O3 金属冶炼
(2)降低氧化铝的熔点(助熔剂)
(3)过滤
(4)CaO CO2 O2
(5)AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3+HCO
(6)CaO+H2O+CO
===CaCO3+2OH-
1.下列有关铝土矿中提炼铝的说法不正确的是( )
A.铝土矿中的铝元素是以化合态形式存在的,需用化学方法把铝元素变成游离态
B.提炼过程中,先将铝土矿净化提取氧化铝,再进行冶炼
C.可用常见的还原剂把氧化铝中的铝还原出来
D.冶炼铝的方法同工业冶炼钠、镁相似,可用电解法
【解析】 Al是较活泼金属,具有强还原性,一般不用还原剂还原法。
【答案】 C
Al2O3、Al(OH)3的两性及其应用
①MgO中含有Al2O3杂质,如何除去?
【提示】 将样品投入NaOH溶液,然后过滤、洗涤、干燥。
②AlCl3溶液中逐渐加过量NaOH溶液,有什么现象?
写出发生的离子方程式。
【提示】 先有白色沉淀,然后沉淀又逐渐溶解。
Al3++3OH-===Al(OH)3↓,Al(OH)3+OH-===AlO
Al2O3、Al(OH)3、Al3+、AlO
的转化关系
说明:
(1)Al2O3、Al(OH)3是两性化合物体现在与强酸、强碱反应生成盐和水,但不溶于H2CO3和氨水溶液中。
(2)由于Al(OH)3既溶于强酸溶液又溶于强碱溶液,所以由Al3+或AlO
制备Al(OH)3沉淀时,若加入强碱或强酸溶液,其量难以控制,会使部分Al(OH)3溶解,所以最好加入弱碱或弱酸溶液,如加入过量的NH3·
H2O或通入过量的CO2。
A、B、C、D、E五种化合物,均含有常见元素,它们的转化关系如图所示,其中A为澄清溶液,C为难溶的白色固体,E则易溶于水,若取A溶液灼烧,焰色反应为浅紫色(透过蓝色钴玻璃)。
(1)写出化学式:
A________,C________,D________,E________。
(2)写出下列反应的离子方程式。
A→D_________________________。
B→E_________________________。
A→B________________________。
【解析】 题目应以B物质作为突破口:
【答案】
(1)KAlO2 Al2O3 AlCl3 NaAlO2
(2)AlO
+4H+===Al3++2H2O
AlO
+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO
1.Al3+存在于强酸性溶液中,不能存在于碱性溶液中,AlO
存在于强碱性溶液中,不能存在于酸性溶液中。
2.NaAlO2溶液中通入①少量CO2时发生2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3↓+CO
反应,通入过量CO2时,发生AlO
反应。
2.以Al2O3为原料制取氢氧化铝,最好的方法是( )
A.将Al2O3溶于水
B.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氢氧化钠溶液
C.将Al2O3先溶于盐酸中,之后滴加氨水
D.将Al2O3先溶于NaOH溶液中,之后滴加盐酸
【解析】 Al2O3不溶于水,也不与水反应,但可溶于酸和碱,因此由Al2O3制取Al(OH)3,应先将Al2O3溶于盐酸或NaOH溶液中,然后滴加氨水或通入CO2,因为Al(OH)3具有两性,由AlCl3或NaAlO2制取Al(OH)3时,不能选用强碱或强酸。
C项正确。
【教师备课资源】
(2012·
海东高一质检)某校化学兴趣小组用如图所示过程除去AlCl3溶液中含有的Mg2+、K+杂质离子并尽可能减少AlCl3的损失。
Mg(OH)2沉淀溶液a
沉淀a
AlCl3溶液溶液b
(1)写出混合物中加入足量氢氧化钠溶液时,溶液中发生反应的离子方程式________________、__________________、__________________。
氢氧化钠溶液能否用氨水代替,为什么?
______________________。
(2)溶液a中存在的离子有__________;
在溶液a中加入盐酸时需控制溶液的pH,为什么?
____________;
为此,改进方法是___________________。
【解析】
(1)加入足量氢氧化钠溶液,Mg2+可与OH-反应生成Mg(OH)2沉淀,Al3+与OH-反应生成NaAlO2和H2O;
氢氧化钠溶液不能用氨水代替,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,Al(OH)3不能与氨水继续反应,从而不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开;
(2)加入氢氧化钠溶液后除去了Mg2+,但又引入了Na+,同时Al3+转化成了AlO
;
因为氢氧化铝能与强酸反应,所以在加入盐酸沉淀AlO
时,需要控制溶液的pH,以防止部分氢氧化铝转化成Al3+;
氢氧化铝只能与强碱或强酸反应,因此,可在溶液a中通入过量二氧化碳气体。
【答案】
(1)Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
Al3++3OH-===Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-===AlO
+2H2O 不能,因为在Al3+与氨水反应生成Al(OH)3后,不能继续与氨水反应,不能将Al(OH)3与Mg(OH)2分开
(2)K+、Cl-、Na+、AlO
因为Al(OH)3能溶于强酸,所以需控制pH,防止部分氢氧化铝转化成Al3+ 向溶液a中通入过量CO2气体
1.铝土矿提取铝的4步反应原理
铝土矿
铝(Al)
2.
的两性
3.熟练书写6个离子方程式
1.铝土矿的主要成分是Al2O3,还含有少量杂质,要得到高纯度的Al2O3,下列操作顺序正确的是( )
①加NaOH溶液溶解 ②通入过量CO2 ③过滤
④加盐酸酸化 ⑤灼烧
A.①②③⑤ B.①③②③⑤
C.①③④③⑤D.①④③⑤
【解析】 从铝土矿中提取Al2O3的流程为
【答案】 B
2.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.非金属氧化物
【解析】 由于氧化铝既能与酸反应生成盐和水,又能与碱反应生成盐和水,所以氧化铝属于两性氧化物。
3.向一定量的下列物质中逐滴加入氢氧化钠溶液,先生成白色沉淀,后沉淀逐渐溶解。
这种物质是( )
A.MgSO4B.NaAlO2
C.AlCl3D.FeCl3
【解析】 向MgSO4中加入氢氧化钠溶液,会产生氢氧化镁白色沉淀,但氢氧化镁不溶于过量的氢氧化钠溶液,不会出现“后沉淀逐渐溶解”的现象,A错误;
NaAlO2与氢氧化钠溶液不反应,B错误;
在AlCl3中加入氢氧化钠溶液,会生成氢氧化铝白色沉淀,当氢氧化钠溶液过量时,氢氧化铝又重新溶解生成NaAlO2,C正确;
在FeCl3中加入氢氧化钠溶液,会出现红褐色沉淀,但不会出现“后沉淀逐渐溶解”的现象,D错误。
4.下列反应不能生成Al(OH)3的是( )
A.AlCl3溶液中加足量氨水
B.NaAlO2溶液中通入足量CO2气体
C.Al2(SO4)3溶液中加入足量Ba(OH)2溶液
D.NaAlO2溶液中加入少量稀盐酸
【解析】 Al3+与过量OH-反应时生成AlO
5.欲将MgCl2、AlCl3的混合溶液分离开,某同学设计了如下方案:
混合溶液
沉淀①
MgCl2溶液溶液①
AlCl3溶液
(1)试剂①应选用________(填“NaOH溶液”或“氨水”)。
该试剂的用量是________(填“过量”或“少量”)。
(2)过滤后所得沉淀①需进行洗涤,洗涤的方法是
_________________________________________。
(3)写出生成溶液①的离子方程式:
(4)以上实验设计明显存在缺陷,请将其指出:
________________________________________。
【解析】
(1)氢氧化铝是两性氢氧化物,可溶于过量强碱,而氢氧化镁不可以,从而固、液分离;
(2)洗涤紧接在过滤操作之后,方法:
在过滤器中加蒸馏水至浸没沉淀,然后使水自然流下,重复2~3次即可。
(3)NaOH过量,Al3+与OH-发生两步反应。
(4)溶液①中含有NaOH,加入盐酸后生成NaCl。
【答案】
(1)NaOH溶液 过量
(2)在过滤器中加蒸馏水至浸没沉淀,然后使水自然流下,重复2~3次即可 (3)Al3++4OH-===AlO
+2H2O[或分步写:
+2H2O] (4)所得AlCl3溶液混有NaCl
1.下列有关氧化铝和氢氧化铝的说法正确的是( )
A.氧化铝是一种比较好的耐火材料,可用来制造耐火坩埚
B.氧化铝是典型的两性氧化物,可与氨水反应生成偏铝酸盐
C.因为氢氧化铝受热易分解,所以具有两性
D.两性氢氧化物既能与强碱反应又能与弱碱反应
【解析】 Al2O3不能与弱碱氨水反应;
Al(OH)3受热分解说明Al(OH)3受热不稳定,不能说明具有两性;
两性氢氧化物与弱碱不反应。
【答案】 A
2.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.偏铝酸钠溶液的酸化
C.灼烧氢氧化铝固体
D.电解熔融的氧化铝
【解析】 铝土矿溶于NaOH溶液中、偏铝酸钠溶液的酸化反应主要为复分解反应;
灼烧氢氧化铝固体为分解反应,没有元素价态的变化;
电解熔融的氧化铝为分解反应,同时有单质生成,属于氧化还原反应。
【答案】 D
3.有五种化合物:
①Mg(HCO3)2,②Al(OH)3,③NaAlO2,④(NH4)2CO3,⑤Al2O3。
跟盐酸和NaOH溶液都反应的是( )
A.②④ B.①②③
C.①②④⑤D.③④⑤
【解析】 NaAlO2只与盐酸反应:
NaAlO2+HCl+H2O===NaCl+Al(OH)3↓,①②④⑤与盐酸、NaOH均反应。
4.下列离子方程式中正确的是( )
A.氯化镁溶液与足量的氢氧化钠溶液反应:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
B.氧化铝和过量的烧碱溶液反应:
Al2O3+3OH-===2AlO
C.氯化铝溶液与过量NaOH溶液反应:
Al3++3OH-===Al(OH)3↓
D.NaAlO2溶液通入过量CO2发生反应:
2AlO
+CO2+3H2O===2Al(OH)3+CO
【解析】 B项,氢原子不守恒;
C项,Al(OH)3溶于过量NaOH溶液;
D项,通入过量CO2应生成HCO
5.(2012·
中山市高一期末)下列各组中两瓶无标签的无色溶液,不用其他试剂能鉴别出来的一组是( )
A.AlCl3和NaOHB.NaHCO3和NaOH
C.Na2SO4和BaCl2D.AgNO3和NaCl
【解析】 可利用顺序滴加法现象的不同鉴别。
6.(2012·
江苏省盐城中学高一期末)将少量CO2气体通入下列物质的水溶液中,没有产生沉淀的是( )
A.AlCl3B.NaAlO2
C.Ca(OH)2D.Ba(OH)2
【解析】 B项,生成Al(OH)3;
C项生成CaCO3;
D项生成BaCO3。
7.在强酸性溶液中能大量共存,并且溶液为无色透明的离子组是( )
A.NH
、Al3+、SO
、NO
B.K+、Na+、AlO
C.K+、NH
、MnO
、SO
D.Na+、K+、NO
、HCO
【解析】 B项,AlO
与酸反应,不共存;
C项,MnO
为紫色;
D项,HCO
与酸反应。
8.要除去下列各组括号内杂质,所选试剂不正确的是( )
A.CaCO3(Al2O3)——NaOH溶液
B.Mg(OH)2[Al(OH)3]——NaOH溶液
C.BaSO4(BaCO3)——盐酸
D.Fe(OH)3[Al(OH)3]——氨水
【解析】 Al(OH)3、Fe(OH)3均不溶于氨水。
9.要使氯化铝溶液中的Al3+完全转化成Al(OH)3沉淀,应选用的最佳试剂是( )
A.NaOH溶液B.稀盐酸
C.氨水D.AgNO3溶液
【解析】 Al(OH)3溶于NaOH溶液,稀盐酸与AlCl3不反应,AgNO3与AlCl3反应生成AgCl沉淀。
10.(2012·
克拉玛依高一质检)下列操作所得物质为纯净物的是( )
A.将Al2O3与过量的浓NaOH溶液完全反应后,取澄清溶液将其蒸干,得纯净的NaAlO2固体
B.把AlCl3溶液与足量氨水反应,将沉淀过滤、洗涤、灼烧去掉水分可得Al2O3固体
C.将NaAlO2溶液加入过量盐酸完全反应,将所得沉淀过滤、洗涤,可得Al(OH)3
D.将含MgCl2的NaCl溶液加入过量NaOH溶液,过滤,取滤液将其蒸发结晶得到NaCl
【解析】 A项,引入杂质NaOH;
C项,得不到Al(OH)3沉淀;
D项,引入杂质NaOH。
11.写出下列反应的离子方程式
(1)Al2O3溶于NaOH溶液中__________________________________________________________。
(2)Al(OH)3溶于NaOH溶液中__________________________________________________________。
(3)AlCl3溶液中加入足量氨水__________________________________________________________。
(4)NaAlO2溶液中通入过量CO2__________________________________________________________。
【答案】
(1)Al2O3+2OH-===2AlO
(2)Al(OH)3+OH-===AlO
(3)Al3++3NH3·
(4)AlO
12.(2012·
北京市朝阳区高一期末)某兴趣小组欲探究一盒遗失了说明书的治疗胃酸过多的抗酸药片的有效成分。
首先,查阅资料得知:
抗酸药通常由数种物质组成,其中有效成分为碳酸氢钠、氢氧化镁、氢氧化铝、碳酸钙中的一种或几种。
然后进行了如下实验:
Ⅰ.将两片抗酸药片研磨后,装入一支试管中。
Ⅱ.向该试管中加入过量盐酸,产生无色气体。
过滤后得到无色溶液。
Ⅲ.用铂丝蘸取少量Ⅱ中所得溶液,在酒精灯外焰上灼烧,无黄色火焰。
Ⅳ.向Ⅱ中所得溶液中滴加NaOH溶液,产生白色沉淀。
请回答:
(1)Ⅱ中产生无色气体的离子方程式是_________________________________________________
__________________________________________________________。
(2)甲同学由实验Ⅳ判断该抗酸药片中一定含有氢氧化铝,乙同学认为不合理。
乙同学判断的依据是_________________________________________________
于是,乙同学设计实验Ⅴ进行探究:
取实验Ⅳ中的白色沉淀于另一支试管中,滴加足量的NaOH溶液,沉淀部分溶解,相应的离子方程式是_________________________________________________
_________________________________________________
(3)通过上述实验,得出的结论是:
该抗酸药片的有效成分为________。
【解析】 由Ⅱ、Ⅲ实验现象可知,不含NaHCO3,一定含CaCO3,Ⅳ实验现象可知,可能含Mg(OH)2、Al(OH)3一种或两种。
根据若加足量NaOH溶液,沉淀部分溶解,可确定一定含Al(OH)3和Mg(OH)2。
【答案】
(1)CaCO3+2H+===Ca2++CO2↑+H2O
(2)含有Mg(OH)2也会出现相同现象
(3)CaCO3、Mg(OH)2、Al(OH)3
13.A、B、C、D、E是中学化学中常见的五种化合物,它们之间有如图所示
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