高中化学 专题二 从自然资源到化学品 第四单元 镁和铝的冶炼学案 苏教版选修2-苏教版高二选修2化学学案VIP免费

第四单元镁和铝的冶炼1．了解如何根据元素在自然界的存在状态和性质来开发、利用自然资源。2．了解从海水中提取氯化镁、从铝土矿中提取氧化铝的方法，以及获得金属镁、铝的基本原理。3．通过学习活动提高学习能力、交流合作能力和分析、解决实际问题的能力。法国皇帝拿破仑三世，为显示自己的富有和尊贵，命令官员给自己打造了一顶铝皇冠。他戴上铝皇冠，神气十足地接受百官的朝拜。在宴请宾客时，拿破仑三世使用了一套珍藏的铝制餐具，而大臣们使用的是金或银制餐具。门捷列夫创建了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。思考：为什么当时的铝很贵？提示：铝在地壳中都以化合态形式存在，如氧化铝等。在19世纪中期铝冶炼的困难导致了铝价格的昂贵，甚至超过了黄金，但现在随着科学技术的进步，人们已经熟练地掌握了较好的冶炼铝的方法，铝的价格大大降低，走进了我们普通百姓的家。一、从海水中提取镁1．氯化镁的提取(1)可以将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，再制成石灰乳，将石灰乳加入到海水中，可得到沉淀物氢氧化镁，有关反应方程式为CaCO3=====CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2，MgCl2＋Ca(OH)2===CaCl2＋Mg(OH)2↓。(2)滤出氢氧化镁沉淀，加入盐酸转化为氯化镁溶液，浓缩得到水合晶体(MgCl2·6H2O)，有关反应方程式：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，MgCl2＋6H2O===MgCl2·6H2O。(3)氯化镁的水合晶体在充满氯化氢气体的设备中加热脱水得到无水氯化镁。反应方程式为MgCl2·6H2O=====MgCl2＋6H2O。2．氯化镁的电解用惰性电极作阳极，电解熔融的氯化镁得到金属镁，反应方程式为MgCl2=====Mg＋Cl2↑。思考：实际生产中，氯化镁的水合晶体加热脱水的过程在充满氯化氢气体的设备中进行。为什么在这种条件下可以得到无水氯化镁？提示：因为MgCl2属于强酸弱碱盐，能发生水解转化为碱式氯化镁〔Mg(OH)Cl〕，化学方程式为MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl。在充满氯化氢气体的环境中，氯化氢分子浓度大，使水解平衡向逆向移动，抑制了MgCl2的水解，从而加热脱水可得到无水氯化镁。二、铝的冶炼1．制备纯度较高的氧化铝(1)铝元素的含量占地壳中元素总量的7.45%，是地壳中含量最多的金属元素。铝在地壳中主要以铝土矿的形式存在。要从铝土矿中提取铝，首先必须制备纯度较高的氧化铝。(2)原料：铝土矿。(3)制备过程：先要除去铝土矿中的氧化铁、二氧化硅等杂质。在工业上可以使用浓氢氧化钠溶液来处理铝土矿得到偏铝酸钠溶液，在得到的偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳，析出氢氧化铝沉淀，加热分解氢氧化铝，就得到纯度较高的氧化铝。主要方程式有：Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3，2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O。2．电解冶炼铝单质铝的活泼性较强，只能采用电解熔融氧化铝的方法冶炼。而氧化铝的熔点很高，冶炼铝的生产能耗很大。所以在熔融氧化铝中添加了冰晶石，在较低的温度下得到熔融氧化铝冰晶石的熔融体，降低了炼铝的能耗。反应方程式为2Al2O3=====4Al＋3O2↑。一、从海水中提取镁镁是活泼的金属，不宜用热还原法制取，一般采用电解熔融MgCl2的方法。MgCl2主要存在于海水和光卤石中，所以制取MgCl2的途径是在海水或光卤石中加入熟石灰，使Mg(OH)2析出：MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2，再用盐酸溶解Mg(OH)2，然后将溶液浓缩，得到MgCl2晶体，将晶体在HCl气体的氛围中加热除去结晶水，即得无水MgCl2。然后电解熔融的MgCl2，MgCl2=====Mg＋Cl2↑，就可得到金属镁。工业提取镁的流程图：二、铝的冶炼1．铝土矿的主要成分：Al2O3(含Fe2O3、SiO2)，怎样从铝土矿中获得纯净的氧化铝？实验方案一及步骤：(1)加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2)：Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O(2)加足量NaOH并过滤〔除去Fe(OH)3〕：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2OFe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(3)通足量CO2并过滤〔保留Al(OH)3〕：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO(4)煅烧：2Al(OH)3=====Al2O3＋3H2O流程图为：实验方案二及步骤：(1)加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2O3)：Al2O3＋2OH－===2AlO＋H2OSiO2＋2OH－===SiO＋H2O(2)加足量盐酸并过滤(除去H2S...