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我国铝年产量 / 百万吨

第四节 铝及其化合物 (Aluminium and its compound). 我国铝年产量 / 百万吨. 铝的需求及其所占比例. —— 铝是地壳中含量最多的金属元素，以化合态形式存在 . 1825 年英国化学家 Davy 首次通过电解法制备出铝的单质 , 自此掀开了人类开发和利用铝的历史新篇章. 问题一 : 为何铝的产量远不及钢铁呢 ?. 铝的综合性能不如钢铁吗 ?. 问题二、铝的什么性质决定其具有这些特殊用途 ?. 铝有这些特殊用途吗 ?. ★ 重点：铝的冶炼原理 , 铝热反应原理及铝化合物性质. 教学方法 : 目标教学、启发式教学. 学习课时 :1.

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我国铝年产量 / 百万吨

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Presentation Transcript

  1. 第四节 铝及其化合物 (Aluminium and its compound) 我国铝年产量/百万吨 铝的需求及其所占比例 ——铝是地壳中含量最多的金属元素，以化合态形式存在.1825年英国化学家Davy首次通过电解法制备出铝的单质, 自此掀开了人类开发和利用铝的历史新篇章. 问题一:为何铝的产量远不及钢铁呢? 铝的综合性能不如钢铁吗?

  2. 问题二、铝的什么性质决定其具有这些特殊用途?问题二、铝的什么性质决定其具有这些特殊用途? 铝有这些特殊用途吗?

  3. ★ 重点：铝的冶炼原理,铝热反应原理及铝化合物性质 教学方法:目标教学、启发式教学 学习课时:1 ★ 难点：铝的成键形式及特征 学习内容和目标 理解铝的冶炼原理(Theory of smelting); 了解铝单质的性质和用途(properties and use); 记住铝的氧化物的制备方法和化学性质(preparation and chemical properties),理解铝热反应的原理; 掌握铝的成键形式和铝盐的性质特征(type of bond and feature of Aluminium compounds )并能灵活运用.

  4. 降低能耗、减少污染 铝土矿 碱浸铝土矿 铝单质 Al2O3 电解 电解 2Al2O3 ==== 4Al（阴极）+ 3O2（阳极）（电解） 过滤 不溶矿石的冶炼 滤渣 滤液 酸化 沉降 灼烧 一、铝的冶炼（ Smelting of Aluminium ） ——地壳中铝总量约4.96×1015亿吨，资源非常丰富，主要以铝土矿（Al2O3·2H2O）的形式存在(伴生其它金属矿石)。 铝的存在 学习目标: 掌握铝的冶炼原理 谁能根据矿石成分设计出冶炼铝的原理和流程图 Al2O3＋2NaOH＋3H2O＝2Na[Al(OH)4] （碱浸） 基本原理 2Na[Al(OH)4]+CO2＝2Al(OH)3↓+Na2CO3+H2O （酸化） Al(OH)3====Al2O3+H2O （灼烧）

  5. NiFe2O4 电解铝产品（铝锭） 惰性阳极 电解实验 半成品 氧化铝的电解 ———石墨阳极被氧化消耗，同时产生CO甚至致癌气体;电解熔融氧化铝时温度为1100℃以上，槽电压为4.5V，电流可达60000A，每吨电铝需耗电2万度左右. 石墨阳极 铁槽阴极 Al3+ + 3e→Al (铁阴极) 2O2- - 4e→O2 (碳阳极) 熔融金属铝 每年创造经济效益数百亿元 科学研究：铝电解电极材料如阳极的研制，电解槽的设计及改进等，目标：降低槽温、槽电压和电解电流密度，改善工作环境。

  6. Physical properties of Aluminium 二、铝单质性质 学习目标: 常识性了解铝单质的物理性质 • 铝是一种银白色金属,熔点为660℃左右; • 纯金属铝质轻, 具有良好的导电性,但强度低; • 铝有良好的延展性,可制成铝箔,用于包装; • Al-Mg，Al-Mg-Ti合金强度比钢高,密度远比钢的小; • 制备人造关节或人造骨; • 金属铝还可以制成泡沫铝,具有吸音效果;

  7. 硬币”长毛” 小常识 原因在哪？该现象说明铝有何性质？ Chemical Properties of Aluminium ——将硬币特殊处理后置于空气中，硬币表面自动长出灰白色毛发，擦掉表面白毛后又重新长出。 • 铝容易溶解于汞形成铝汞齐(amalgam)； • 溶于汞齐中的铝易被氧气氧化成树枝状氧化铝(Alumina)； • 擦掉表面氧化铝，硬币中铝继续进入汞齐中并重新被氧化。 4Al＋3O2＝2Al2O3 ——我们经常用铝桶长时间盛洗衣粉浸泡的衣服，还有人用铝桶腌制或盛装酸菜，你认为这些符合卫生习惯吗？ 2Al＋6HAc＝2AlAc3＋3H2↑ 2Al＋2NaOH＋6H2O＝2Na[Al(OH)4]＋3H2↑ ——铝是一种活泼的金属，容易形成汞齐，容易被氧气所氧化； 学习目标 ——铝单质还具有两性，能与酸和碱发生化学反应。

  8. 4× — 3× 8Al+ 3Fe3O4== 4 Al2O3+9Fe ΔrH = - 3353KJ/mol Al2O3＋ H2SO4 →Al2(SO4)3＋H2O Al2O3＋NaOH→Na[Al(OH)4]+H2O 氧化铝是两性氧化物 Al是亲氧元素 三、氧化铝 (Alumina) 铝热反应 (reaction of thermit) ——将铝与氧化铁类混合物用镁条点燃引发,反应剧烈进行,瞬间放出巨大热量,温度最高可达3000℃。 什么是铝热反应? 2Al + 3/2O2 ==Al2O3ΔrH= - 1676KJ/mol （1） 3Fe+ 2O2 == Fe3O4ΔrH = - 1118KJ/mol （2） 铝热反应放热的基本原理又是什么? 根据Hess定律 ☆学习目标 掌握铝热反应基本原理 ————基于铝是亲氧元素,铝热反应能瞬间放出巨大热量这一性质,可利用其在野外焊接铁轨,还可用于制造穿甲弹等.

  9. ※只要求简单了解※ 刚玉中掺入微量过渡金属离子如铬、铁、钛等,不仅保持良好耐腐蚀、熔点高、硬度大等特性，还呈现特征的颜色，常称为宝石。 α-Al2O3（刚玉）,由铝燃烧或高温灼烧Al(OH)3得到。不溶于水，也不溶于稀酸和碱，具有良好耐腐蚀性，熔点高，硬度大。 ————氧化铝和碳化钛都是耐高温材料，可作为宇宙飞船的抗烧蚀涂层，也可用于超音速飞机、火箭的关键部件. 4Al＋3TiO2+3C = 2Al2O3＋3TiC γ-Al2O3──活性氧化铝(由Al(OH)3低温灼烧得到)溶于酸碱.

  10. Cl Cl Cl Al是缺电子原子！ : Al Al 3p 3s Cl Cl Cl Cl : sp2 （Al :3s23p1） Cl Al sp2杂化，平面三角形 sp3杂化，四面体结构 Cl sp3 四、铝盐(salt of Aluminium) AlF3是典型离子晶体,熔沸点高; 后两者因铝离子极化大,阴离子又容易变形,变成共价键,属于分子晶体,范德华力较小. 请你说明熔沸点的变化及原因! 一、晶体类型 ☆难点·重点☆ ——记住卤化物晶体类型,理解其分子结构和成键特性 气态时为双聚体.请你分析杂化类型和键的类型 二、成键特征 卤桥键(配位键)

  11. AlX3是路易斯酸 容易与醇醚等含孤对电子物质结合 AlCl3等是有机常用催化剂 此加合物往往是有机反应的中间过渡产物 具有空的轨道 可接受电子 三、水解性 与硫酸等质子酸催化剂相比，此类催化剂有何优点? 高效率的新型环保型催化剂 Al 是缺电子原子 氯化铝在潮湿空气中 强烈水解，发烟！ AlCl3 ＋ H2O→Al(OH)3↓＋HCl↑ 明矾（KAl(SO4)2·12H2O）中的铝离子容易水解 [Al(H2O)6]3+ [Al(H2O)5(OH)]2+ [Al(H2O)4(OH)]1+ [Al(H2O)3(OH)3] 聚合铝具有强大吸附和聚沉作用,是高效絮凝剂,用于污水净化处理

  12. 2Al+3O2 = 2Al2O3 Al2O3+ 2NaOH + 3H2O =2Na[Al(OH)4] : : Cl H : Cl H Al Al Cl H 思考与讨论 • 铝于空气中会失去光泽, 但将其浸于NaOH或酸后再用水快速冲洗 • 又光泽如新,这说明铝有何化学性质? 2.硫和铝高温反应可得Al2S3,但水溶液中Na2S和Al3+作用却不能产生 Al2S3,为什么? Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑ 3.为什么Al不能与氢形成AlH3,即AlH3极不稳定,而AlCl3却能较稳定存在. 铝属缺电子原子,氢不能提供多余电子,即满足不了其要求

  13. ——什么是最酷的科技?发射宇宙飞船绕月飞行是最酷的科技！制造每秒运算百亿、千亿次计算机是最酷的科技！！而如果在我国西部欠发达地区帮助农民建立沼气解决烧火照明等问题，或降低电脑的某些功能，制造出贫困孩子能用得起的一千元左右的电脑也是最酷的科技！！！——什么是最酷的科技?发射宇宙飞船绕月飞行是最酷的科技！制造每秒运算百亿、千亿次计算机是最酷的科技！！而如果在我国西部欠发达地区帮助农民建立沼气解决烧火照明等问题，或降低电脑的某些功能，制造出贫困孩子能用得起的一千元左右的电脑也是最酷的科技！！！ ——国家科技部部长万刚 最酷的科技 制造出具有特殊结构和性能的铝合金用于火箭、飞机和导弹是最酷的科技！ 制造性能优良的电极材料以降低铝电解的能耗和改善工作环境是最酷的科技！ 灵活利用铝热反应能放出巨大热量，从而在高原或野外焊接铁轨; 利用铝是 缺电子原子,将路易斯酸AlCl3用作有机反应的新型环保型催化剂;利用铝容易 水解合成出高性能聚合铝絮凝剂进行污水处理, 这些也是最酷的科技！ 谢谢大家！！！

  14. Cl Cl Cl Al是缺电子原子！ : Al Al Cl Cl Cl Cl : sp2 Cl Al Cl sp3 本节重点和难点 一、晶体类型 AlF3是典型离子晶体,熔沸点高;而后两者是分子晶体,随分子量增大范德华力增加. 卤桥键(配位键) 二、成键特征 三、水解性 水解是基于铝离子是缺电子原子,有空轨道接受电子,带正电,容易夺取水中的OH.

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