第一节 从铝土矿中提取铝

专题三 从矿物到基础材料　　

第一单元  从铝土矿到铝合金　　

第一节              从铝土矿中提取铝　　

［教学目标］　　

1、知识与技能：　　

（1）．了解地壳中铝元素的含量，知道铝元素在自然界中的主要存在形式，能列举一些铝合金的重要应用。　　

（2）．了解工业上从铝土矿中获得铝的方法和其中的化学知识。　　

2、过程与方法：　　

（1）．通过问题的讨论、分析、评价等活动，逐步培养问题意识和问题解决能力。　　

（2）．通过联想、类比等方法学习新知识，学习构建知识的常见方法。　　

3、情感态度与价值观：　　

（1）．通过对金属铝冶炼方法发展史的了解，体验化学科学发展的曲折历程，以及化学科技发展对人类生活质量提高的贡献。　　

［教学重点］铝土矿提取铝的方法和工艺流程中相关化学反应知识。　　

［教学难点］氧化铝与碱溶液的反应。　　

　 　

　 　

［教学过程］　　

【导入】这是大家非常熟悉的可乐瓶，那么大家知道它是用什么材料制造的吗？　　

【回答】铝　　

【讲述】更确切的说应该是铝合金，列举铝及其合金在日常生活中常见的应用（铝锅、易拉罐、铝合金门窗）。　　

【展示】多媒体展示铝及其其他金属在地壳中的含量。　　

【讲述】根据图表我们可以知道铝在这些金属中的含量居于首位，那么我们学过历史知道，有青铜器时代和铁器时代，说明Cu、Fe 在早期已经得到了广泛使用，那么，在这里，铝的含量高于铜和铁，但它却在19世纪才得到广泛使用，为什么？　　

【回答】铝活泼，在自然界中以稳定的化合态形式存在。　　

【讲述】就是化合态，铝主要是以Al₂O₃的形式大量存在于铝土矿中，工业上是通过电解熔融Al₂O₃来制备铝。　　

　　　　　　　　【板书】     Al₂O₃ 通电   Al　　

【讲述】铝土矿中除了氧化铝，还有氧化铁，氧化硅等物质。　　

【问题探究】如何从铝土矿提取铝？　　

【提问】既然我们知道铝要通过电解氧化铝，那么氧化铝必须是纯净的，要得到纯净的氧化铝，要将铝土矿怎么处理？　　

【学生】……　　

【提问】如何用最简单的方法来制取Ａl₂O₃?（联想如何来制取CaO）　　

　　　　　　　　　　

高温

【回答】将氢氧化铝在高温下灼烧，得到氧化铝　　

【板书】灼烧：2Al(OH)_{3 ==========} Al₂O₃+3H₂O　　

【提问】如何来制取Ａl(OH)₃?（提示利用复分解反应发生的条件）　　

【回答】可溶性铝盐和可溶性碱反应制取。　　

【分析】不管是哪一个反应方程式，根据离子反应的实质，其实就是Ａl³⁺和OH^-反应生成Ａl(OH)₃。这里如果我们是ＡlCl₃和NaOH反应制得Ａl(OH)₃。如果是这样，也就是说铝土矿要与某一物质反应来制取ＡlCl₃，到底能不能用稀盐酸与铝土矿反应制取ＡlCl₃？　　

【回答】不能，因为铝土矿中除了氧化铝，还有氧化铁，氧化硅等物质。因为氧化铁也会溶于稀盐酸。　　

【讲述】氧化铝有一个很特殊的性质，它能够与碱发生反应，这是高中阶段学到的唯一一个能够与碱反应生成盐和水的金属氧化物。那这里的生成的盐为偏铝酸钠，那么他到底如何来书写？对于碳酸钠大家都很熟悉，像这样的某酸盐，说明其含有氧元素，对于碳酸钠，顾名思义，他还含有碳和钠两种元素，我们知道钠在化合物中显的是正1价，氧一般显的是负2价，碳一般显的是正4价。对于化合物，其正负化合价代数和均为零，所以这里氧最起码是3个，因此钠应该是2个，碳酸钠的的化学式Na₂CO₃。根据同样的方法我们可以写出偏铝酸钠的化学式NaAlO₂。　　

【板书】Al₂O₃+2NaOH=2NaAlO₂+H₂O  　　

【提问】如何使NaAlO₂转变成Al(OH)₃？　　

【分析】　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　NaClO　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                      次氯酸盐        次氯酸（HClO）       通入CO₂　　

Ca(ClO)_{2　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                                （}（利用强酸制弱酸）　　

　　KAlO₂                                                                                                                         -H₂O　　

　　　　                                      次铝酸盐        偏铝酸（HAlO₂）       HAlO₃　　

NaAlO₂    (HAlO₃与Al(OH)₃同种物质的两种不同的表现形式)　　

二氧化碳溶于水后生成碳酸，碳酸与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝，利用了强酸制弱酸的原理，那么在这里我们我们能不能用比二氧化碳酸性更强的的盐酸或硫酸取代？　　

【学生】不能，因为生成的氢氧化铝会与盐酸反应，生成的氢氧化铝就会溶解。　　

【提问】那么大家再来思考一下，我们这里的二氧化碳和偏铝酸钠反应生成的滤液的成分是Na₂CO₃还是NaHCO₃？我们这边要将NaAlO₂全部转化成Al(OH)₃，那么通入的CO₂的量应该怎么样？　　

【学生】过量　　

【提问】那么我们这里生成的滤液成分是什么？　　

【学生】NaHCO₃

【板书】NaAlO₂  + CO₂ + 2H₂O = Al(OH)₃¯ + NaHCO₃

【提问】根据刚才所讲以及结合书本从铝土矿提取铝的工艺流程图，思考以下几个问题？　　

1、从整个工艺流程看,可分成哪两个阶段?——提纯和冶炼　　

2、NaOH溶解铝土矿的目的是什么？——溶解氧化铝　　

3、过滤2和4的作用是什么？——除去杂质和分离Al(OH)₃　　

4、把滤液酸化的作用是什么？——生成Al(OH)₃　　

5、将过滤后的白色固体灼烧，生成了什么?——生成Al₂O₃

【过渡】通过上述方法得到了铝，但是铝比较软，生活中用到的基本都是铝合金，铝合金的硬度比铝大，能用来制成汽车车轮骨架，还有飞机、火箭的构件等等。以及铝的危害。　　

l      小知识　　

铝与人体健康　　

许多科学家经过研究发现，老年性痴呆症与铝有密切关系。同时还发现，铝对人体的脑、心、肝、肾功能都有损害。因此，世界卫生组织于1989年正式将铝确定为食品污染物而加以控制。提出成年人每天允许铝摄入量为60 mg。如经常吃油条、粉丝、油饼等油炸食品，喝铝罐装饮料等，或是经常食用铝制炊具炒出的饭菜，都会使人的摄铝量增加，从而影响脑细胞功能，导致记忆力下降，思维能力迟钝　　

【小结】这节课我们收获了3方面的知识铝元素的存在形式、提炼铝的工艺流程、铝合金的主要用途。　　

【作业】完成同步练习对应的练习　　

【练习】1、电解熔融的氧化铝制取金属铝，若有0.3mol电子发生转移，则理论上能得到金属铝多少克？需氧化铝多少摩尔？　　

2、下列属于碱性氧化物的是（  B  ）　　

       属于酸性氧化物的是（  A  ）　　

       属于两性氧化物的是（  C  ）　　

A．CO₂    B．Fe₂O₃     C． Al₂O₃       D．CO　　

　 　

　 　

　 　

                                                                                                   　　

　 　

【板书设计】　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　从铝土矿中提取铝　　

　 　

　 　

　 　

　　　　　　　　　　铝土矿（Al₂O₃ 、Fe₂O₃等）　　

　　　　           NaOH   　　

　　　　            溶解：Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O　　

              　　

过滤：除杂，得到NaAlO₂　　

　　　　提         CO₂　　

　　　　

（过量）

             酸化：NaAlO₂  +  CO₂  +  2H₂O =  Al(OH)₃↓ +  NaHCO₃　　

　　　　纯　　

　　　　          过滤：得到Al(OH)₃↓　　

　　　　

高温

　 　

              灼烧：2Al(OH)_{3 ==========}Al₂O₃+3H₂O　　

　　　　　　　　

通电

　 　

　　　　

冰晶石

              电解：2Al₂O₃========4Al+3O₂↑