第三章 从矿物到基础材料
第一单元 从铝土矿到铝合金
第1课时从铝土矿提取铝
教学目标：
知识与技能
1、了解铝在地壳中金属元素的含量；
2、了解铝元素在自然界中的主要存在形式；了解工业上获得铝的方法。
3、从金属铝的冶炼方法的变化体验化学科学的发展对人类生活的影响。
过程与方法
1、通过思考与交流，实验和观察，科学探究、实践活动等，初步学会发现问题、提出问题、分析问题、解决问题，逐步培养敢于质疑、勇于创新的精神和合作精神等；
2、通过实验现象的推理分析，培养学生一切从实际出发，由表及里，以严密的逻辑推理得出结论的思维方法。
情感态度与价值观
1、培养通过实验来研究物质及其变化的科学方法和严谨求实的科学态度；
2、通过安排与他人合作完成布置的探究活动与任务，培养主动参与交流、团队合作的精神。
教学重难点：
氧化铝的两性
教学设计：
教师：投影： “神七飞天”使中国人的航天技术得到了全世界的认可。图片展示：铝的应用极其广泛，但铝的大量使用却是较晚的。为什么？
教师：引导学生观察地壳中元素含量分布图，找出地壳中含量最多的元素，然后找出次多的元素，然后找出地壳中金属元素的含量排布。
教师：投影：地壳中金属元素的含量：Al>Fe>Ca>Na
教师：铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么可被人们所利用的铝很少呢？
学生：思考、讨论。得出结论：铝是比较活泼的金属，在自然界中的铝大多以化合态的形式存在。如何使化合态的铝转化为单质铝？（回忆Na Mg的制备。）
教师：投影图片 铝的冶炼史 霍尔的电解氧化铝，这也是目前广泛使用的制备铝的方法。
由于铝土矿是地壳铝元素的主要存在形式之一，因此我们采用铝土矿作为提取铝的原料。
板书：一、从铝土矿中提取铝
教师：投影：铝土矿的图片
学生：观察。
教师：投影 铝土矿主要成分为氧化铝，还有少量的氧化铁和二氧化硅等杂质。分析：要制备单质铝必须要有纯净的氧化铝，
学生：观察，倾听。
请同学们思考如何由铝土矿制备单质铝？首先我们要获得纯净的氧化铝？
学生：思考后讨论归纳
教师：铝土矿→纯净氧化铝→单质铝
学生：思考后讨论归纳 设计方案如何除去铝土矿中的杂质？
教师：板书提示：Al（OH）3+NaOH=2H2O + NaAlO2 （偏铝酸钠）
H3AlO3-H2O=HAlO2(弱酸性)
学生：预计两种方案，酸溶和碱溶法 教师可考虑适当完善两方案
教师：摄像展示学生的讨论结果；并分析两种方案的可行性及优缺点。
教师学生双边活动：解释酸溶和碱溶的流程关系，解决部分疑问
教师：一、酸溶法的分析
酸溶解目的： 溶解Al2O 3 Fe2O3
过滤：除去二氧化硅杂质
加碱的目的：使氢氧化铁沉淀 铝变为NaAlO2留在溶液中
过滤：除去氢氧化铁沉淀
通入CO2酸化的目的：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
反应原理：强酸制备弱酸
思考能否用更强的酸HCl溶液来制备Al(OH)3
教师实验：NaAlO2溶液中通入足量CO2 NaAlO2溶液中逐滴滴加稀HCl溶液
学生：观察现象，解释现象；书写方程式；摄像展示结果
教师归纳：足量CO2使Al(OH)3 完全沉淀；若用盐酸难控制用量，经济上不节约。
6．过滤：获得氢氧化铝沉淀
7．灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
8．电解：2Al2O3=4Al+3O2↑
教师：讲解，其实氧化铝的熔点很高大约是两千摄氏度，直到1886年霍尔在氧化铝中加入了一种叫做冰晶石（Na 3AlF6）的物质，才使得氧化铝的熔融温度大大的降低下来，使得电解法制铝工艺能够成功的得以实现。降低了能耗。
学生：讨论分析上述流程的合理性，教师评价。
教师：投影：二、碱溶法流程分析（学生为主）
1．碱溶解目的： 溶解Al2O 3
类推：Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O
教师：实际上Al2O3 如同Al(OH)3既能和酸反应也能和碱反应生成盐和水；溶解Al2O3用的是碱，生成了一种钠盐和水，我们把它叫做偏铝酸钠.
2．过滤：除去不溶性杂质（加信息提示）
3．通入CO2酸化的目的：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3
4．过滤：获得纯净的Al(OH)3
5．灼烧：2Al(OH)3=Al2O3+3H2O
6．电解：2Al2O3=4Al+3O2↑
学生：讨论分析上述流程的合理性，教师评价。
教师：理论上同学们设计的两大方案都可以制备单质铝；请同学们比较两大方案的优缺点
学生：自由讨论分析
教师：引导学生看书本上的工艺流程，分析选择工业生产方案的理由
教师：总结工业生产中我们应该考虑的几方面的问题：①原料节约 ②步骤简单 ③产品的产率高 ④无污染或少污染⑤
教师：板书：
二、Al2O3两性氧化物：既能和酸反应又能和碱反应都生成盐和水的氧化物
三、Al(OH)3
1．两性氢氧化物：既可以和酸反应又可以和碱反应生成盐和水的氢氧化物
2．不稳定性：受热分解
[课堂延伸]
近年来低温电解AlCl3融盐生产铝的方法取得了很多的研究成果，制备AlCl3型离子液体(AlCl3—MCl ， M为碱金属或有机阳离子) ，以此AlCl3型离子液体为电解质电解，在180℃～200℃温度范围内，控制适当的电流密度就可得到光滑、致密、外观银白色的铝。
课件14张PPT。第一单元 从铝土矿到铝合金铝7.73%硅
26%氧
49.13%铁钙钠钾镁
14.55%◆1827年，德国化学家维勒用金属钾制得了铝◆ 1854年，法国的德维尔用金属钠制得铝。 ◆ 1886年，美国化学家霍尔用电解法冶炼熔融氧化铝得到铝。 铝 土 矿
从铝土矿中提取铝铝土矿的成分：主要成分：Al2O3少量：Fe2O3、SiO2等杂质要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝（偏铝酸钠）Al2O3＋6HCl= 2AlCl3 ＋3H2O
SiO2＋2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O
Al2O3＋2NaOH = 2NaAlO2 ＋H2O
信息提示：Na2SiO3+NaAlO2→Na2O·Al2O3·2SiO2·nH2O↓信息提示：硅酸钠偏铝酸钠铝硅酸钠铝土矿NaAlO2溶液Al(OH)3沉淀过滤ＮaＯＨ 溶液通 入CO2过滤氧化铝灼烧电解铝铝土矿冶炼铝的工艺流程溶解电解灼烧过滤酸化过滤铝土矿NaOH溶液残渣二氧化碳滤液H2O铝 请根据上述铝土矿制备铝的工艺流程图，考虑为什么要通入过量二氧化碳？用盐酸或硫酸来代替二氧化碳酸化是否合适 ？问题探究: 近年来 以AlCl3—NaCl 型离子液体为电解质电解，在180℃～200℃温度范围内，控制适当的电流密度就可得到光滑、致密、外观银白色的铝。课堂延伸: 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 D课堂巩固
