《从铝土矿到铝合金单元小结》设计

《从铝土矿到铝合金单元小结》教学设计第1课时从铝土矿中提取铝教学目标根据生产、生活中的应用实例，了解铝的氧化物和氢氧化物及其盐的主要性质。教学重难点1.了解铝的工业提取流程和原理。2．理解Al2O3、Al(OH)3、AlOeq\o\al(－,2)、Al3＋的主要性质和应用。教学地位Al2O3和Al(OH)3是中学化学所涉及的唯一一类两性化合物，其有关性质非常重要，在日常生活、生产中常常涉及其应用。同时也是高考命题热点内容。新课导入建议根据初中化学所学金属氧化物，如CuO、CaO、Fe2O3及其氢氧化物Cu(OH)2、Ca(OH)2、Fe(OH)3只能与酸反应生成盐和水而不能与碱反应，但是有一种金属氧化物(Al2O3)及其氢氧化物[Al(OH)3]既能与酸反应又能与碱反应且均生成盐和水，你知道这类物质属于哪类物质，其主要性质又有哪些呢？本课时将学习相关内容。教学流程设计【课前预习安排】：建议课前用10分钟预习完成【课前自主导学】和“思考交流”⇒步骤1：新课引入，分析教学地位⇒步骤2：对“思考交流1”让学生知道冰晶石的作用就可以了，对“思考交流2”教师要强调Al(OH)3的两性。⇒步骤3：对“探究1”建议结合“例1”理清铝的提取流程和反应原理及有关实验问题，学生最后完成“变式训练1”，教师提问点评。⇓步骤6：6至8分钟完成“当堂双基达标”，教师提问，明确答案点评。⇐步骤5：回顾本堂知识，归纳指出课堂小结。⇐步骤4：对“探究2”建议教师结合实验现象弄清Al3＋、Al(OH)3、AlOeq\o\al(－,2)的三角转化关系，让学生熟练掌握有关转化方程式。同时指出Al2O3、Al(OH)3的两性含义和实验探究。学生之间通过讨论完成“例2”，教师及时点评，最后提问，明确答案，指出“易错警钟”。学生完成“变式训练2”。对“教师备课资源”可根据学生实际给予补充。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Al2O3eq\o(→,\s\up15(盐酸),\s\do15())Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2Oeq\o(→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do15())Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O2．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)3eq\o(→,\s\up15(盐酸),\s\do15())Al(OH)3＋3H＋=Al3＋＋3H2Oeq\o(→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do15())Al(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋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↓＋3NHeq\o\al(＋,4)。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＋H2O②NaAlO2＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋NaHCO3③2Al(OH)3eq\o(=,\s\up15(△))Al2O3＋3H2O④2Al2O3eq\o(=,\s\up15(通电))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Aeq\f(,操作Ⅰ)沉淀C溶液Beq\f(通CO2,操作Ⅱ)Na2CO3溶液eq\f(CaO,操作Ⅲ)CaCO3沉淀溶液E循环利用Al(OH)3沉淀,Al2O3eq\o(→,\s\up15(冰晶石),\s\do15(电解))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。CaCO3eq\o(=,\s\up15(△))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)CaOCO2O2(5)AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)(6)CaO＋H2O＋COeq\o\al(2－,3)=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】CAl2O3、Al(OH)3的两性及其应用【问题导思】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－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2OAl2O3、Al(OH)3、Al3＋、AlOeq\o\al(－,2)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AlOeq\o\al(－,2)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)KAlO2Al2O3AlCl3NaAlO2(2)AlOeq\o\al(－,2)＋4H＋=Al3＋＋2H2OAl(OH)3＋OH－=AlOeq\o\al(－,2)＋2H2OAlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3↓＋HCOeq\o\al(－,3)1．Al3＋存在于强酸性溶液中，不能存在于碱性溶液中，AlOeq\o\al(－,2)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2AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋3H2O=2Al(OH)3↓＋COeq\o\al(2－,3)反应，通入过量CO2时，发生AlOeq\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=Al(OH)3＋HCOeq\o\al(－,3)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。【答案】C【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。请回答下列问题：eq\b\lc\\rc\](\a\vs4\al\co1(Al3＋,Mg2＋,K＋,Cl－))eq\o(→,\s\up15(足量NaOH,溶液),\s\do15())Mg(OH)2沉淀溶液aeq\o(→,\s\up15(盐酸),\s\do15())沉淀aeq\o(→,\s\up15(盐酸),\s\do15())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AlOeq\o\al(－,2)；因为氢氧化铝能与强酸反应，所以在加入盐酸沉淀AlOeq\o\al(－,2)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－=AlOeq\o\al(－,2)＋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＋、AlOeq\o\al(－,2)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eq\o(→,\s\up15(NaOH溶液),\s\do15(①溶解))eq\o(→,\s\up15(过量CO2),\s\do15(②沉淀))eq\o(→,\s\up15(灼烧),\s\do15(③分解))eq\o(→,\s\up15(电解),\s\do15(④))铝(Al)\b\lc\\rc\}(\a\vs4\al\co1(Al2O3,AlOH3))的两性eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(与酸反应生成盐和水,与强碱反应生成盐和水))3．熟练书写6个离子方程式eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O,Al2O3＋2OH－=2AlO\o\al(－,2)＋H2O,AlOH3＋3H＋=Al3＋＋3H2O,AlOH3＋OH－=AlO\o\al(－,2)＋2H2O,AlO\o\al(－,2)＋CO2＋2H2O=AlOH3↓＋HCO\o\al(－,3),Al3＋＋3NH3·H2O=AlOH3↓＋3NH\o\al(＋,4)))第2课时铝及铝合金教学目标根据生产、生活中的应用实例，了解铝的主要性质，能列举铝合金的重要应用。教学重难点1.知道铝的主要性质和应用。2．举例说明铝合金的应用。教学地位一般活泼金属与碱溶液是不反应，但金属铝可以与强碱溶液反应并放出H2，故铝的性质有其特殊性，从而证明了铝化学性质的重要性。由此高考命题专家特别关注铝单质的特殊性。新课导入建议在上节课我们学习了铝的氧化物和氢氧化物，通过学习我们已经知道Al2O3和Al(OH)3都能既与强酸反应又能与强碱反应且生成盐和水，那么铝的单质与强酸、强碱反应又如何呢？是否也生成盐和水呢？要解答上述问题，我们来探讨本课时内容——铝与铝合金。教学流程设计【课前预习安排】：建议课前用10分钟预习完成【课前自主导学】和“思考交流”⇒步骤1：新课引入，分析教学地位⇒步骤2：对“思考交流1”，引导学生知道铝自身的抗腐蚀性。对“思考交流2”让学生知道铝制品使用应注意的问题。⇒步骤3：对“探究1”要通过实验(可以演示)让学生亲眼看见Al与强碱溶液反应和铝热反应，并引导分析其原理。然后让学生完成“例1”和“变式训练1”，最后教师提问点评，明确答案和注意的问题。⇓步骤6：8分钟完成“当堂双基达标”，然后教师提问点评、纠错。⇐步骤5：回顾本课时内容，归纳强调“课堂小结”。⇐课标解读重点难点1.了解明矾的净水作用及原理。2.理解铝的性质及其应用。3.了解铝合金的性质及其应用。1.明矾的净水原理。(重点)2.铝的主要性质及应用。(重点)3.铝与碱溶液的反应原理。(难点)明矾的净水作用1.复盐由两种或两种以上阳离子和一种阴离子组成的盐。如明矾，化学式为KAl(SO4)2·12H2O。2．明矾的净水原理明矾电离KAl(SO4)2=K＋＋Al3＋＋2SOeq\o\al(2－,4)(电离方程式)生成胶体Al3＋＋3H2O=Al(OH)3(胶体)＋3H＋](离子方程式)吸附杂质Al(OH)3胶体具有很强的吸附能力，能凝聚水中的悬浮物并使之沉淀，从而达到净水的目的铝的性质1.物理性质铝是银白色有金属光泽的固体，有良好的导电性、导热性和延展性，密度较小，质地柔软。2．化学性质铝的原子结构示意图○＋13eq\o(2,\s\up15(),\s\do15())eq\o(8,\s\up15(),\s\do15())eq\o(3,\s\up15(),\s\do15())，易失去3个电子，表现较强还原性。(1)常温下，与空气中的氧气反应生成致密的氧化膜，具有抗腐蚀性。(2)写出下列反应的化学方程式或离子方程式：Aleq\f(酸,)eq\o(→,\s\up15(非氧化性酸),\s\do15(稀盐酸或稀硫酸))2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑eq\o(→,\s\up15(浓硫酸、浓硝酸),\s\do15(常温))钝化，形成一层致密的氧化膜，阻止内部Al进一步反应eq\f(非金属,)eq\o(→,\s\up15(O2),\s\do15())4Al＋3O2,2Al2O3eq\o(→,\s\up15(Cl2),\s\do15())2Al＋3Cl2点燃,2AlCl3强碱溶液,2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑eq\o(→,\s\up15(铝热反应),\s\do15(如Fe2O3))Fe2O3＋2Al高温,Al2O3＋2Fe1．铝在常温下就能和空气中的氧气反应，为什么铝制品在生活中却随处可见？【提示】常温下铝和空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜，牢固地覆盖在铝表面，阻止了内部的铝与空气接触，因此具有良好的抗腐蚀性。铝合金和铝制品使用1.铝合金形成铝和其他金属(或非金属)熔合形成铝合金特点密度小、强度高、塑性好、抗腐蚀能力强等用途建筑材料、汽车车轮骨架、飞机构件及电子元件2．铝制品使用(1)铝制品不宜用于盛放酸、碱溶液，不宜长时间盛放咸菜等腌制食品。(2)不能用具有强酸性或强碱性的洗涤剂来洗涤铝制品。2．铝制品不宜长时间盛咸菜等腌制品的原因是什么？【提示】氯化钠溶液中的Cl－会破坏铝制品表面的氧化膜的结构，加速铝制品的腐蚀。铝的主要化学性质及其实验问题探究【问题导思】①在常温下，Al与所有酸均能持续反应吗？【提示】不一定均能反应，如常温下，Al与浓H2SO4、浓HNO3钝化形成氧化膜不能持续反应。②铝热反应的工业应用是什么？【提示】可以用于焊接钢轨和冶炼难熔金属如Fe。1．铝与氧气的反应【实验步骤】取一块铝片，将铝片部分浸入4mol·L－1氢氧化钠溶液中，静置一段时间后取出，观察现象。【实验现象】浸入溶液的部分颜色变得更光亮，为银白色，而另一部分较暗。但是取出一段时间后，银白色部分也逐渐变暗。【实验结论】铝表面很易被空气氧化为氧化铝(Al2O3)保护膜。2．铝与酸、碱溶液反应【实验步骤】将几小块用砂纸打磨过的铝片，分别放入4支洁净的试管中，再向试管中分别加入浓HNO3、浓H2SO4、6mol·L－1盐酸、6mol·L－1氢氧化钠溶液各3mL。观察实验现象。【实验现象及结论】见下表：与铝反应的物质实验现象结论或化学方程式浓硝酸无明显现象常温下，铝遇浓硫酸或浓硝酸会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化浓硫酸无明显现象盐酸有气泡生成与铁等金属相似，铝也能与盐酸反应生成氢气：2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑氢氧化钠溶液有气泡生成铝能与NaOH溶液反应，生成氢气：2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑3.铝与金属氧化物反应——铝热反应以Fe2O3为例：2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up15(高温))2Fe＋Al2O34．与盐溶液反应2Al＋3CuSO4=Al2(SO4)3＋3Cu铝与NaOH溶液反应可认为是以下两个反应的合反应：2Al＋6H2O=2Al(OH)3＋3H2↑，Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O，其中前一个反应为置换反应，后一个反应为复分解反应。为了除去镁粉中混有的少量铝粉，可选用的试剂是()A．氨水 B．KOH溶液C．稀盐酸 D．浓硝酸【解析】铝与氨水不反应，不能除去Al粉，A不正确；KOH溶液与Al反应但不与Mg反应，可以除去Al粉，B正确；稀盐酸与Al、Mg均反应，C不正确；浓硝酸与Al发生钝化，不能除去Al，D不正确。【答案】B1．下列说法正确的是()A．将表面有氧化膜的铝片放入足量NaOH溶液中不可能放出H2B．铝在常温下不与浓H2SO4反应C．铝与强碱溶液反应中还原剂为铝D．铝热反应中铝作氧化剂，发生氧化反应【解析】A项，当氧化膜与NaOH反应完，Al与NaOH溶液反应放出H2，错误；B项，钝化也是一种反应，错误；D项，铝作还原剂，发生氧化反应，错误。【答案】C铝、镁等金属与酸、碱反应的有关计算【问题导思】①等物质的量的Al、Mg与足量稀H2SO4反应生成H2的物质的量比为多少？【提示】3∶2②等量的Al分别与足量NaOH溶液、盐酸反应生成H2的物质的量比为多少？【提示】1∶11．Al、Mg与酸、碱反应的原理eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑,Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO\o\al(－,2)＋3H2↑,Mg与OH－不反应))2．方法规律(1)等量的铝分别与足量的强酸、强碱溶液反应时，生成氢气的量相等，消耗的H＋和OH－的物质的量之比为3∶1。(2)足量的铝分别和等物质的量的H＋、OH－反应时，消耗铝的物质的量之比为1∶3，同时产生氢气的物质的量之比为1∶3。(3)一定量的铝分别和一定量的H＋、OH－反应时，若产生氢气的体积比为eq\f(1,3)＜eq\f(VH＋H2,VOH－H2)＜1，则必定是与酸反应时铝过量，与碱反应时铝不足。(4)等物质的量Mg、Al与足量酸反应生成H2的物质的量之比等于化合价之比(2∶3)等体积、等物质的量浓度的硫酸、氢氧化钠溶液分别放在甲、乙烧杯中，各加等质量的铝，生成氢气的体积比为5∶6，则甲、乙两烧杯中的反应情况可能是()A．甲、乙都是铝过量B．甲中铝过量，乙中碱过量C．甲中酸过量，乙中铝过量D．甲中酸过量，乙中碱过量【解析】2Al＋3H2SO4=Al2(SO4)3＋3H2↑，2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2