2014年全国高中化学优质课-冶炼铝2(1)

2500元/吨 耗电量： 158度/吨
未来，可以从哪些方面减小生产铝过程 中的能耗和成本？ 开发新能源，降低电力成本 改进生产原理或工艺
回收利用废旧铝材…
从易拉罐炼铝和从铝土矿炼铝相比， 前者的能耗仅为后者的3%左右。
化 学
〔法〕 拉瓦锡
〔丹〕奥斯特
〔法〕德维尔
〔美〕霍尔
〔法〕埃鲁
〔奥〕拜耳
科学家仍再继续努力，优化铝的生产 工艺，将科学知识用于造福人类。
化 学
人教版 选修2 化学与技术 第三单元 化学与材料的发展 金属材料
第二节
课时2 铝的冶炼
陈辉国 重庆
如何获得单质铝？
电解氧化铝法
（1）用木炭、CO、氢气等还原 （2）用金属置换
1746年，法国科学家拉瓦锡证实不能 用碳等还原剂使氧化铝还原。因为铝氧 原子间结合力强。
〔法〕拉瓦锡
1825年3K+AlCl3===Al + 3KCl 1854年3Na+NaAlCl4=Al + 4NaCl
Fe2O3
过量 CO2
NaHCO3
Al(OH)3 (H2SiO3)
煅烧
溶解
过滤
请大家利用已用NaOH溶解铝土 矿的溶液（烧杯）模拟该过程。
Al2O3 (SiO2)
实验药品：盐酸、大理石、氢氧化钠浸泡的铝土矿 注意事项：1.烧杯中有氢氧化钠浸泡的铝土矿，直接 取上层清液进行实验； 2.得到Al(OH)3后，请停止实验。
〔丹〕 奥斯特
一定条件
一定条件
〔法〕德维尔
如何获得金属铝？ （1）用木炭、CO、氢气等还原
（2）用金属置换
（3）电解氧化铝法
〔法〕拉瓦锡
〔丹〕奥斯特
〔法〕 德维尔
2 Al2O3 ======4Al＋3O2↑
(熔化)
电解
物质 熔点
Al2O3
Al（OH）3 2072℃ 192.℃ 770℃分解 200℃分解
如何将铝土矿中的铝转化成单质铝？ （1）用木炭、CO、氢气等还原
（2）用金属置换
（3）电解氧化铝法
〔法〕 拉瓦锡
〔丹〕奥斯特
〔法〕德维尔
〔美〕霍尔
〔法〕埃鲁
根据霍尔—埃鲁铝电解法
2 Al2O3 ====== 4Al＋3O2↑
(熔化) 冰晶石
电解
请试写出电解过程中阴极和阳极的反应式？
阴极：Al3+＋3e － = Al 阳极：2O2 －— 4e － = O2↑
溶液
固体
过量 CO2
溶液
过滤
固体
氧化铝
煅烧
溶解 过滤
溶液 固体
过量 CO2
溶液
固体
煅烧
溶解 过滤
过滤
过滤
氧化铝
过量 NaOH
铝土矿
溶液
固体
过量 H2SO4
溶液 固体
过量 氨水
溶液
溶解 过滤
过滤
过滤
固体
煅烧
氧化铝
H+
Al3+
H+
NH3、OHˉ(少)…
H+
Al
OHˉ
电解
Al2O3
OHˉ
Al(OH)3
CO2、H+(少)…
OHˉ
AlO2
ˉ
铝土矿
过量 NaOH
H+
Al3+
H+
NH3、OHˉ(少)…
H+
Al
OHˉ
电解
Al2O3
OHˉ
Al(OH)3
CO2、H+(少)…
OHˉ
AlO2
ˉ
铝土矿
过量 H2SO4
溶液 固体
过量 NaOH
溶液 固体
过量 CO2
溶液
固体
煅烧
溶解 过滤
过滤
过滤
氧化铝
铝土矿
过量 H2SO4
溶液 固体
过量 NaOH
溶液 固体
根据电解的相关知识，请在学案上大胆设计该电解装置。
铝电解车间
槽罩
氧 化 铝
阳极 炭块 电解液 铝液
阴极 炭块
（1）设备中用什么做电极材料？ （2）铝液在下层生成，原因可能是？ （3）电解冶炼铝需要哪些原料？这些原料可以从哪里来？
铝土矿 萤石
石焦油 沥青焦
氧化铝 冰晶石
碳 素
铝土矿化学成分主要为Al2O3、 SiO2、Fe2O3、H2O，总量 占成分的95%以上。
能否直接电解铝土矿?
关键除去氧化铁
请用下列流程图的方式，在学案设计除去铝 土矿中杂质氧化铁的方案 铝土矿 【Al2O3、 试剂 Fe2O3、 操作 SiO2】 溶液中的 组分
固态组分
试剂 操作
溶液中的 组分 固态组分
铝土矿 [Al2O3、 Fe2O3、 SiO2 ]
过量 NaOH
NaAlO2 Na2SiO3 NaOH
过量 CO2
溶液
固体
煅烧
溶解 过滤
过滤
过滤
酸溶法 哪种方法更好？
铝土矿
过量 NaOH
氧化铝 溶液 固体
过量 氨水
溶液
固体
过量 H2SO4
溶液
溶解 过滤
过滤
过滤
固体
煅烧
碱溶法
氧化铝
铝土矿
过量 NaOH
溶液
固体
过量 CO2
溶液
过滤
固体
氧化铝
煅烧
溶解 过滤
铝Leabharlann Baidu矿
过量 H2SO4
溶液 固体
过量 NaOH
1892年，奥地利化学家拜耳发明 用碱提取铝土矿中的氧化铝。 拜耳法沿用至今，真正实现铝的 大规模生产,让铝走进老百姓。
〔奥〕拜耳
铝：地壳含量 8.23% 2012年生产量 4490万吨 15000元/吨 耗电量： 16500度/吨
铁：地壳含量 5.63% 2012年生产量 110000万吨
AlCl3
Al2(SO4)3
1807年，英国科学家戴维 先后用电解法制的了金属 钾和钠。却一直无法用此 1886年，美国化学系学生霍尔 法制备的到铝。 和法国的埃鲁分别同时发现了 “冰晶石—氧化铝熔盐电解法” 制备金属铝。
〔美〕霍尔 〔法〕埃鲁 〔英〕 戴维
霍尔—埃鲁铝电解法
冰晶石
〔美〕霍尔 〔法〕埃鲁