高中化学 《从铝土矿到铝合金》教案2 苏教版必修1

专题3从矿物到基础材料本专题从矿物中获得基础材料以从矿物资源中获得重要的无机基础材料为主线，重点介绍基础无机材料中铝、铁、铜、硅等常见元素的单体冶炼原理、单体及其化合物的性质和用途、金属林材料的防腐等内容。 通过学习本专题内容，探索这些元素及其化合物的性质，使学生体验科学探索，进一步了解化学研究的方法和方法，进一步深刻认识化学科学对充分合理利用自然资源给人类带来的重要作用，从化学角度观察、分析和理解物质世界，提高自身的科学素养。本专题内容主要涉及铝、铁、铜、硅元素的单体及其重要化合物的获得和应用，与生产生活密切相关，在教学中创建接近学生生活的问题情况来组织教学，提高学生学习本专题内容的兴趣。 本专题还涉及氧化还原反应的原理和酸、碱、盐、氧化物等物质间转化关系的应用，在教学中复习相关化学原理，使学生对物质转化关系和氧化还原反应原理的重要应用有更深入的认识。 在教育中，要重视通过探索活动使学生获得知识、发展能力。 通过对铝土矿生产氧化铝的工艺进行分析，探讨氢氧化铝是否为两性氢氧化物的活动，使学生工厂了解氧化铝的主要性质以及获取氧化铝的主要方法，在得出结论的同时， 通过模拟学习提出假设的方法探究铝与酸溶液或碱溶液的反应，通过探究科学研究的一般方法探讨Fe2与Fe3之间的相互转化规律，不仅能使学生进一步认识到氧化还原反应的本质，而且能更好地理解Fe2与Fe3之间的相互转化规律第一单元从铝土矿到铝合金一、学习目标1 .了解地壳中铝元素的含量，了解铝元素主要存在于自然界中的形式，了解工业上从铝土矿获取铝的方法，从金属铝冶炼方法的变化体验化学科学的发展对人类生活的影响。2 .了解铝、氧化铝和氢氧化铝的性质，了解铝及其化合物在生产生活中的重要应用，进一步认识化学与生产生活的关系。3 .了解两性氧化物和两性氢氧化物的概念，了解氧化铝和氢氧化铝分别为两性氧化物和两性氢氧化物。4 .通过相关探索活动，进一步探索工厂学习的一般过程和方法。5 .想通过联想、类比等方法学习新知识，学习构建知识结构的一般方法。二、课堂建议从铝土矿中提取铝一小时铝的性质及应用1小时三、写设想铝是地壳中含量最高的金属元素。 铝和铝合金是当今社会应用十分广泛的金属材料。 从铝土矿中提取铝的方法、铝、氧化铝、氢氧化铝的性质及其应用，是高校学生应学习的重要化学知识，也是学生认识化学与人类社会发展关系的重要内容之一。教材编写根据普通高中化学课程标准，重视按照学生认知规律培养学生的科学感情，缩小从铝土矿中提取铝的线索，提取氧化铝、氢氧化铝、铝等物质，通过实验探讨某些物质的化学性质，使学生学习铝教材使学生学习了活性非金属氯、溴和活性金属钠、镁的性质后，才能理解铝的性质。 这不仅使学生了解钠、镁和铝的金属活性差异，还为以后学习元素周期表奠定了知识基础。编者重视指导学生通过类比等方法学习新知识。 认识到氧化铝的两性后，学习如何启发氢氧化铝、铝与酸溶液、碱溶液等反应，构建化学学科知识体系。 在教材编写中，化学强调了生产生活中非常广泛的特征。 例如，制造氧化铝的过程流程图的交流讨论，铝制容器中放入食品的活动的探讨等，强调了有助于学生用学到的知识说明生产生活中的化学现象的学习目标。四、教育建议本单元的内容主要体现了普通高中化学课程标准提出的以下要求：基于生产、生活中的应用实例或实验探讨，了解铝及其重要化合物的主要性质。 初步认识实验法设计在化学学习、科研中的应用。 认识到实验、假设、比较等科学方法对化学研究的作用。1 .教学设计思路“从铝土矿提取铝”教学设计应充分利用图3-1中提供的铝及其合金在教材中的重要应用实例。 作为金属材料，铝及其合金广泛应用于宇宙、建筑等领域，飞机中材料质量的2/33/4为铝合金，在日常生活中，铝及其合金经常制作各种包装材料和烹饪器具的铝导电性好， 广泛应用于长距离输电线路的铝的燃烧卡路里高也有重要的应用，航天飞机的固体推进剂和线路的焊接使用铝。 结合学生活动，激发学生深入了解铝在生产生活中的用途，理解如何从矿物中冶炼铝是理所当然的。从铝土矿获得氧化铝是铝冶炼的重要步骤。 教材从铝土矿巧妙地获得氧化铝，引起人们对氧化铝和氢氧化铝两性的认识，教学中有必要把握这种配置的目的。 本单元的教育涉及很多酸、碱、盐、氧化物之间的转化关系。 因此，在教学中，学生应该帮助总结酸、碱、盐、氧化物的转化关系，尝试应用物质的转化关系来解决化学的简单问题。在充分认识到氧化铝的两性之后，氢氧化铝是否为两性的想法是非常自然的，这种模拟转移的想法也是科学研究中建立假设的常见方法。 要研究“氢氧化铝是否为两性物质”的问题状况，积极考虑学生的求知欲，在教学中运用实验方法，帮助学生认识氢氧化铝的两性。“铝的性质和应用”教学设计压制着学生身边感受到的问题展开，装入铝制容器的食品是否会对容器产生腐蚀是学生关注的生活常见问题。 在教学中充分发挥实验在化学学习中的重要作用，学生自己必须自己完成实验。 学生设计与研究活动主题相关的其他实验，通过对实验现象的观察和分析，也可以将铝的特殊性归纳到学生身上，解决生活中遇到的问题。2 .教育设计片段片段1铝土矿的纯化学生活动学生看了照片，了解铝及其合金的重要应用，对冶炼铝产生了强烈的知识欲望。教师指导：铝及其合金在生产生活中有着重要的应用。 铝元素主要以化合态存在于自然界中，铝土矿是其存在的主要形式之一。 现代工业冶炼铝以铝土矿为原料，生产技术的第一步是去除铝土矿中的氧化铁、二氧化硅等杂质，获得高纯度的氧化铝。 教材中的图33表示工业上从铝土矿中提取氧化铝的工艺流程图。 请根据这个流程图，就教材中的“交流讨论”和以下问题进行讨论。(1)用氢氧化钠溶液溶解铝土矿的目的是什么？(2)在过滤过的溶液中流入二氧化碳的氧化工序中，除了得到氢氧化铝以外，过滤过的滤液的主要成分是什么(3)你认为工业上从铝土矿中提取氧化铝的工艺可以进行什么样的修改和调整？学生活动阅读教材内容，互相讨论。教师巡回，及时解答学生讨论中产生的疑问。学生活动学生交流对上述问题的意见，明确提出自己的意见。 (在交流中，教师要做好组织协调工作。 教师可以提出适当的建议，以学生讨论为中心问题展开)。教师活动指导学生总结讨论中出现的新问题，鼓励学生进一步讨论。讨论中可能出现的主要问题：(1)为什么氧化铁不能溶解在氢氧化钠溶液中？(2)二氧化硅能溶解在氢氧化钠溶液中吗？(3)用二氧化碳氧化过滤的滤液是碳酸钠还是碳酸氢钠？(4)采用以下工艺，“用盐酸溶解铝土矿(脱硅)，加入过剩的氢氧化钠溶液(脱铁)，流过二氧化碳，烧制沉淀”，与现在工业采用的工艺相比，有什么优点和缺点？教师活动及时与学生交流信息，反复讨论交流，导致师生形成共识。片段2铝的化学性质“教师活动”教师指导：铝是日常生活中常用的金属，许多烹饪器具是用铝或铝合金制成的。 铝制容器不能长时间放入食物是生活常识，能告诉我这里包含的化学原理是什么吗学生活动学生讨论，食物可能会腐蚀铝制容器，影响寿命，总结的溶解在食物中的铝对人体健康不好教师活动教师指导：希望学生们通过实验证明某些食物可以腐蚀铝制容器，查阅铝与人类健康相关的资料。教师可以在常见食物中启发学生可能腐蚀铝的物质(如酸、碱、盐等)，首先研究铝及其反应。师生活动讨论学生提出的实验研究方案，指导学生完成实验。实验：研磨后的铝棒分别放入5根清洁试管，试管中加入浓硝酸、浓硫酸、稀盐酸、硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液3 mL，观察到的现象记入教材表3-2。师生活动学生讨论实验现象，推测实验结论的教师参与其中，听取学生的发言，鼓励学生，给予评价。教师活动教师指导：在上述反应中，铝表现出什么性质？学生活动学生在常温下，铝与稀盐酸、氢氧化钠溶液反应放出气体，经过检查，放出的气体均为可燃性气体，推测他们为氢，铝可以置换硫酸铜溶液中的铜，即使放入浓硫酸、浓硝酸中也没有明显变化。教师活动请写下铝与稀盐酸、硫酸铜溶液反应的化学方程式。学生活动编写化学方程式。教师活动投影展示学生的笔记情况，及时评价。 教师导游：与你所知道的其他金属相比，你对铝的什么性质最感兴趣？学生活动学生回答综述：铝与碱溶液作用可释放氢的铝加入浓硫酸、浓硝酸中无明显变化。教师活动教师启发指导：首先研究铝与碱溶液的反应。 你认为铝和氢氧化钠溶液反应产生了什么样的产物？请说明你推测的根据。 请同学们讨论这个问题。学生活动学生回答综述：铝和氢氧化钠溶液反应生成氢和甲基铝酸钠。 当铝与氢氧化钠溶液反应生成氢时，反应后的氢元素的价数下降时，一定会使某元素的价数升高，钠元素已经成为最高价，只有不进一步升高的非常强的氧化剂会使氧元素的价数升高，因此最大的可能性是铝元素的价数升高由于反应发生在碱性条件下，铝不能形成铝盐，只能作为甲基铝酸盐存在。“教师活动”教师启发指导：同学们回答得很好。 实验能证明铝和氢氧化钠反应生成偏铝酸钠吗？学生活动学生设计实验：在铝与氢氧化钠溶液反应得到的剩馀溶液中流入二氧化碳气体，或者加入盐酸，观察有无产生白色棉状沉淀。请写下铝和氢氧化钠溶液反应的化学方程式。学生活动编写化学方程式。教师活动及时通知的学生分配化学方程的注意点，投影展示学生的笔记情况，及时评价。教师指导：将铝加入浓硫酸、浓硝酸中未见明显变化，似乎异常。 这究竟是什么原因，希望同学们就这个问题进行探讨。学生活动学生查阅资料，设计实验探索问题答案的学生交流讨论，充分发表自己的意见。教师活动提案实验：将长时间磨光的铝的一端插入浓硫酸(或浓硝酸)中，取出一段时间，洗涤其表面附着的酸，将铝浸入硫酸铜溶液中，过一段时间取出铝，观察现象。教育活动学生坦率地说，交流实验感觉，根据实验现象提出问题的解答。 师生共同从实验现象中推测铝进入浓硫酸(或浓硝酸)的变化，结合调查资料得到了问题的解答。教师活动结束语：上述研究表明，铝加入浓硫酸、浓硝酸后钝化，加热条件下铝与浓硫酸、浓硝酸也发生反应。 由此可知，铝制容器不能容纳酸性和碱性食品。 一些中性食物经常含有食盐，这些食物可以用铝制容器长期保存吗？请学生们完成教材中的“活动和探索”实验2，下节课继续讨论这个问题。五、故障诊断1 .氢氧化铝为什么具有两性？氢氧化铝的“两性”的含义是酸，意味着h可以电离，与碱反应生成盐和水的另一个碱可以电离oh，与酸反应生成盐和水。 为什么氢氧化铝能够同时电离h和oh？实际上无论是氢氧化物还是氧酸盐都含有ROH的结构，该物质是显示酸性还是显示碱性主要取决于水溶液中键断裂的部位。 切断r-o键时产生oh-，显示碱性； 切断o-h键时，产生h，显示酸性。 切断键的位置取决于r-o和o-h键的r和h对o的吸引力，当两者都相当于o的吸引力时，r-o-h既呈酸性电离又呈碱性电离。 r对o的吸引能力取决于离子半径的大小和带电量，铝离子的电荷数和离子半径介于Mg和Si之间，因此在水中可产生类似于H2SiO3的酸性电离产生与Mg(OH)2类似的碱性电离。 A1(OH)3的酸性电离和碱性电离当A1(OH)3与强酸反应时，A1(OH)3电离而oh即碱离子化，生成铝盐的A1(OH)3与强酸反应时，A1(OH)3电离而产生h即酸性电离，生成甲基铝酸盐。2 .铝土矿中铝的浸出氧化铝以铝土矿的形式存在，铝土矿为不纯单水铝土矿或三水铝土矿，含有45%65%的a12o3，主要杂质为氧化硅和氧化铁，氧化硅含量可达12%，氧化铁含量可达25%。 铝土矿还含有二氧化钛等，其含量约为3%，结晶水的含量为14%36%。铝土矿中的杂质铁也可溶于硫酸，铝土矿不能用硫酸浸出，氢氧化钠和氧化铝的反应可用氢氧化钠溶液浸出。A12O3 2NaOH=2NaAlO2十H2O一水铝石(A12O3H2O )在氢氧化钠溶液中的溶解度小于三水铝石(A12O33H2O )在氢氧化钠溶液中的溶解度，对一水铝石来说，需要更严格的浸出条件。 这两种铝土矿均采用中压浸出，浸出前将矿石粉碎，然后粉碎，与氢氧化钠和热水一起放入球磨机中粉碎。 微粉碎物以浓度一定的矿床形式释放，送入高压釜。 高压锅由低碳钢制成，用蒸汽套加热或直接喷射高压新鲜蒸汽加热。母液应除去红壤(不溶残渣)。 首先用浓密机进行逆流倾斜，然后用过滤器过滤，将过滤液冷却成过饱和溶液，最后从过饱和溶液中沉淀出氢氧化铝。红壤含有三氧化二铁、二氧化钛和铝硅酸钠的复盐。 红壤中存在铝硅酸钠，表明氢氧化钠和氧化铝都有损失。 铝硅酸钠的生成量与铝土矿中氧化硅的含量有关，铝土矿每含有1kg氧化硅就会失去约1.1kg的氧化铝