实验2-6 氢氧化铝的制备.doc

实验2-6 氢氧化铝的制备1实验目标以制备Al(OH)3实验为例，体验制备实验的设计思路、制备条件的选择；学习利用实验室或自然界易得原料设计、制备所需物质，培养自主设计实验的能力。2预习指导（1）实验原理氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，既能与强酸反应又能与强碱反应，反应方程式是：Al(OH)3+3HClAlCl3+3H2O；Al(OH)3+NaOHNaAlO2+2H2O。铝和铝的化合物都可以用来制取氢氧化铝用较纯净的铝屑制取氢氧化铝有多种方案：方案一：涉及的反应：；（或）方案二：涉及的反应：；（或）。方案三：涉及的反应：；从以上三种方案的试剂用量来看，方案三制备1 mol Al(OH)3需3/4mol H+和3/4 mol OH-，酸与碱的用量少，是最佳方案。如果选用含Al3的物质如明矾、Al2(SO4)3等为原料制取氢氧化铝，则可以选用以下方案：或，但是由于氢氧化铝是典型的两性氢氧化物，与强碱会发生反应：，因此选用强碱不好控制，选用弱碱较为理想。如果选用纯净的氧化铝为原料，可直接用强酸溶解1份氧化铝，用强碱溶解3份氧化铝，然后混合两种溶液，利用盐类水解制备氢氧化铝，与由铝制备氢氧化铝类似，但在实验室该方法效果不理想。（2）实验技能本实验无论采用哪种方法制取氢氧化铝，都要用到过滤操作。提醒学生过滤操作注意事项：过滤时滤纸应大小合适，在漏斗中滤纸的边缘应比漏斗的口稍低，用水湿润滤纸，使滤纸紧贴漏斗的内壁，中间不留气泡，漏斗放置在漏斗架上，调整好高度，使下端紧贴烧杯内壁，下端斜面向外。向漏斗中加入液体须用玻璃棒引流，玻璃棒的下端轻靠在三层滤纸的一边。漏斗中的液体液面要低于滤纸边缘等等。复习沉淀洗涤操作。本次实验得到的氢氧化铝需要用热蒸馏水洗涤。洗涤方法：溶液过滤完后，滴加少量热蒸馏水，洗涤原烧杯壁和玻璃棒，再将此溶液倒入漏斗中。待洗涤液过滤完后，再滴加少量热蒸馏水，冲洗滤纸和沉淀。复习一定物质的量浓度的氢氧化钠溶液和稀硫酸溶液的配制。本实验中学生如果以铝为原料制取氢氧化铝，需要用到氢氧化钠溶液和稀硫酸溶液，要求学生事先用容量瓶配好所需浓度的溶液。掌握测定pH的方法。将pH放在玻璃片或表面皿上，用玻璃棒蘸取溶液点在pH试纸的中部，与标准色卡对比。（3）实验操作要点选用的铝屑需要先除表面上的氧化膜。方法是：在烧杯中加入约50 mL稀NaOH溶液，再放入足量的铝屑。给溶液稍加热，12 min后用倾析法倒出稀NaOH溶液，用蒸馏水把铝屑冲洗干净，干燥。称量铝屑的质量，将铝屑分为等质量的四份，备用。在盛有1份铝的烧杯中加适量稀硫酸，使铝屑反应至不再有气泡时趁热过滤；在盛有3份铝的烧杯中加入适量浓NaOH溶液，使铝屑反应至不再有气泡时趁热过滤，然后将两次过滤得到的滤液倒在一起反应。洗涤沉淀应用热蒸馏水洗涤，反复操作，至溶液的pH为78为宜，这样可以最大限度增加杂质的溶解度，制得较纯的Al(OH)3。如果时间允许，可以用晾干的办法干燥Al(OH)3。由于Al(OH)3受热分解温度在300 左右，有条件的学校也可以采用低温烘干的办法。3实验要求（1）由学生根据廉价、易得等原则选择原料，确定反应原理；设计可能的反应路径与实验方案，从方法是否简单、经济与安全等方面进行分析和比较，从中选出最佳方案，根据原料特点或最后产物选择合适分离、提纯的方法；列出所需仪器与试剂，写出实验步骤；根据实验的特点，设计实验装置，画出实验装置图。（2）由学生配制实验所需的溶液，如配制一定物质的量浓度的氢氧化钠溶液和稀硫酸溶液，NaOH溶液的浓度大一点好（3）如实记录数据，计算出Al(OH)3的产率。参考实验记录整理与分析表：（4）评价该实验主要考虑以下方面：本实验原料获取情况（廉价、易得），实验方案是否为本实验的最佳方案，所需试剂是否经济，分离提纯是否方便，操作是否正确，产率的高低等。4建议与改进（1）由于本实验是自主的开放型实验，建议在实验之前先组织学生进行讨论，让学生比较自己选定的原料和实验方案的优劣，选出几种符合教学实际情况的方案，分成几个小组。有的学生选择的原料虽然容易获得，方案可能也比较完善，但是实际操作时不一定能在两个课时完成，或实验室不能提供所需的条件，不符合学生实验的实际情况。如果完全放开由学生发挥，教师可能无法控制而导致混乱，实际效果不一定好。（2）建议不要选择Al2O3为原料制取氢氧化铝，因为实验室中的Al2O3很难在稀硫酸和稀NaOH溶液中溶解。教师最好在学生讨论后演示Al2O3与酸、碱反应的情况。（3）可能会有相当一部分学生选择以铝为原料制取氢氧化铝，但是学生不一定能联想到Al3与AlO2-的双水解促进反应，故教师应在讲课时充分利用教材第二个实践活动“AlCl3与NaOH反应”，将该知识点告知学生，给学生提示。（4）学生选择以铝为原料制取氢氧化铝，从理论上各需H、OH3/4 mol，但实际操作中H、OH各3/4 mol不能将铝恰好完全溶解。建议加入稍过量的酸和碱，尽量使过量的H和OH的物质的量相等，但不要过量太多。过滤掉杂质后将溶液混合，完全反应后再过滤。（5）由于生成的氢氧化铝是胶状沉淀，过滤较慢，为加快过滤速度，可以选用孔隙大的快速滤纸过滤。5问题与讨论（1）原料的选择以原料是否易得，价格是否便宜为原则，可按学生所选原料的来源归类。（2）制备方案遵循的原则是原料廉价，原理绿色，条件优化，仪器、操作简单，分离方便，实验室容易提供所需的条件。学生可对照以上标准找出自己设计中的优点和缺点。（3）判断产物是否为Al(OH)3的办法是：一、取产物少许放在蒸发皿里加热，白色胶状固体分解成白色粉末，有水蒸气出现。二、另取产物少许，分成两份，一份滴加氢氧化钠溶液，另一份滴加稀硫酸，沉淀都溶解，说明制得的产品为氢氧化铝。6拓展实验（1）利用废铜屑制备硫酸铜选用的废铜屑如果比较细小，可放到石棉网上加热，当固体完全变黑后放入稀硫酸中溶解。如果选用的是铜片或废铜丝可直接在酒精灯外焰上灼烧（不可靠近内焰，特别注意不要靠近灯芯），当固体完全变黑后溶解在稀硫酸中。可用Cu(OH)2CO3调节溶液的pH3。要趁热过滤除去Fe(OH)3，将滤液小火加热到液面有晶膜时冷却结晶，过滤得CuSO45H2O。如果要制无水CuSO4，将晶体放入坩埚，小心加热（不能大火加热，否则CuSO4分解），蓝色晶体全部变白后转入干燥器内冷却，称重；然后再加热、冷却称重，两次质量差小于01 g即得无水CuSO4。（2）制金属镀件本实验不能只用ZnCl2溶液，否则电解时阴极会同时析出氢气；镀件表面要进行去油、去锈处理；电源的电压也会直接影响电镀结果的好坏，合适的电压为152伏，不宜过高。具体步骤为：先将镀件放入1 mol/L的NaOH溶液中加热去油，再用20%稀盐酸洗，然后用清水洗净（清洗要快，防止镀件表面氧化），将两电极间隔5 cm垂直放入电镀槽，用2伏低压直流电源或一节15伏干电池（1号电池或5号电池均可）通电510分钟，镀层呈现浅灰色，取出镀件放入钝化液钝化。电镀液的配制方法：在1 000 mL的大烧杯中加入约800 mL 6070 沸腾后的水，加入约2