苏教版高一化学必修一专题3知识与练习

苏教版专题3 <从矿物到基础材料>重难点知识解析

专题三 课文目录

第一单元 从铝土矿到铝合金 第二单元 铁、铜的获取及应用 第三单元 含硅矿物与信息材料

专题三 从矿物到基础材料

【重难点】

1、氧化铝的性质；氧化铝、氢氧化铝的两性

2、Al(OH)3的两性；Al(OH)3与氨水、NaOH反应现象的理解和方程式书写 3、铝的两性；铝与强碱的反应

一、从铝土矿到铝合金

一、从铝土矿中提取铝

1．铝土矿制备铝的步骤和原理：

过量NaOH溶液 过量的CO2 步骤：铝土矿 溶解 过滤 酸化 过滤 产物：（Al2O3） （NaAlO2） （Al(OH)3 ） 灼烧 电解 铝 （Al2O3 ） 有关反应方程式：

溶解：Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O酸化：NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3↓+NaHCO3 灼烧：2Al(OH)3

灼烧

（ Al）

Al2O3+3H2O 电解：2Al2O3

通电4Al+3O2↑

2．Al2O3的两性

Al2O3+3H2SO4====Al2(SO4)3+3H2O Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O 二、铝的氢氧化物

1．Al(OH)3的两性：溶于过量的强酸和强碱 Al(OH)3+NaOH====NaAlO2+2H2O Al(OH)3+3HCl==== AlCl3+3H2O

用途：（1）耐火材料(Al2O3熔点高)（2）冶炼金属铝

2．氢氧化铝Al(OH)3：典型的两性氢氧化物，既能溶于强酸，又能溶于强碱 Al(OH)3 + 3H＝ Al+ 3H2O Al(OH)3 + OH＝ AlO2+ 2H2O Al3+、AlO2－、Al(OH)3之间的关系可用下式表示

+

3+

－

－

1

从铝土矿中提取铝的过程中的的化学方程式

①Al2O3 + 2 NaOH = 2NaAlO2 + H2O ② NaAlO2 + CO2 + 2H2O = Al(OH)3? +

灼烧 通电

NaHCO3

③ 2Al(OH)3 ===== Al2O3 + 3H2O ④ 2Al2O3 ===== 4Al + 3O2↑

三、铝

（1）铝在常温下能很快被氧化，形成致密的氧化膜，因而具有一定的抗腐蚀性。

（2）跟酸的反应

非氧化性酸：2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑

强氧化性酸：常温下铝遇浓硫酸或浓硝酸，会在铝表面生成致密的氧化膜而发生钝化。 （3）跟碱的反应

铝能和强碱溶液反应。该反应可理解为铝先和强碱溶液中的水反应生成氢氧化铝，氢氧化铝再和强碱反应生成偏铝酸盐：

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑ Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O 简写为：2Al + 2H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 3H2↑

（4）与氧化物的反应：

铝热反应：2Al ＋ Fe2O3高温 ==== AlCr2O2O3 ＋ 2Fe 2Al ＋ 高温 3 ==== Al2O3 ＋ 2Cr 特点： 放出大量热，使生成的金属呈液态。本质：铝从金属氧化物中夺取氧，表现出很强的还原性。

应用：焊接钢轨和冶炼某些难熔金属（如V、Cr、Mn等）。 四、疑难解析

1．氢氧化铝为什么具有两性?

氢氧化铝“两性”的含义是指它既是一种酸，能够电离出H+，能与碱反应生成盐和水；又是一种碱，能够电离出OH—，能与酸反应生成盐和水。那么为什么氢氧化铝既可以电离出H+，又可以电离出OH—呢?

其实无论是氢氧化物，还是含氧酸盐都含有R—O—H的结构，该物质显酸性还是显碱性主要取决于其在水溶液中断键的位置。若断R—O键，则产生OH—，显碱性；若断O—H键，则产生H+，显酸性。而断键的位置取决于R—O及O—H键中R和H对O的吸引能力，当两者对O的吸引力相当时，R—O—H既可以呈酸性电离，又可以呈碱性电离。而R对O的吸引能力又取决于它的离子半径的大小和所带电荷的多少，铝离子的电荷数和离子半径都介于Mg和Si之间，所以它在水中既可以发生与H2SiO3类似的酸式

电离，又可以发生与Mg(OH)2类似的碱式电离。A1(OH)3的酸式电离和碱式电离为：

当A1(OH)3与强酸反应时，将促使A1(OH)3电离生成OH，即发生碱式电离，生成铝盐；当A1(OH)3与强酸反应时，将促使A1(OH)3电离生成H+，即发生酸式电离，生成偏铝酸盐。

2．铝土矿中铝的浸出

2

—

氧化铝以铝土矿形式存在，铝土矿是不纯的一水铝石或三水铝石，含A12O3 45％一65％，主要杂质是氧化硅和氧化铁，氧化硅含量可达12％，氧化铁含量可达25％。铝土矿中还含有二氧化钛等，其含量约为3％，结晶水含量为14％～36％。

因铝土矿中的杂质铁也能溶于硫酸，故铝土矿不能用硫酸浸出，可根据氢氧化钠与氧化铝反应，用氢氧化钠溶液浸出。

A12O3+2NaOH==2NaAlO2十H2O

一水铝石(A12O3·H2O)在氢氧化钠溶液中的溶解度比三水铝石(A12O3·3H2O)在氢氧化钠溶液中的溶解度小，对一水铝石而言，就需要更严格的浸出条件。这两种铝土矿都采用中压浸出，浸出之前，将矿石粉碎，然后磨细，与氢氧化钠和热水一起加到球磨机中细磨。细磨产物以浓度固定的矿浆形式放出，然后送入压煮器。压煮器是用低碳钢制成的，采用蒸汽夹套加热，或直接喷射高压新鲜蒸汽加热。

母液均应脱除赤泥(不溶残渣)。首先在浓密机中进行逆流倾析，然后用压滤机过滤，将滤液冷却，使之成为过饱和溶液，最后再从过饱和溶液中沉淀出氢氧化铝。

赤泥含有三氧化二铁、二氧化钛和铝硅酸钠复盐。赤泥中有铝硅酸钠存在，说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1kg氧化硅就要损失约1．1kg氧化铝和1．2kg氢氧化钠。这种情况就限定了上述方法只能处理氧化硅含量小于8％的铝土矿。氧化硅含量为8％～15％的其他铝土矿就得采用其他改良法处理。实际上，一些与黏土伴生的氧化硅含量高达25％的铝土矿也被开采。这种铝土矿能够和低硅矿掺和成含SiO2 12％的混合矿，就可以用改良法较好地进行处理。

改良法处理含SiO2 12％～15％的高硅铝土矿，也是用氢氧化钠溶液常规浸出，浸出后分离出含铝硅酸钠复盐的亦泥。首先把赤泥在球磨机中磨细，然后在回转窑中加石灰和碳酸钠烧结。回转窑的烧结料，经冷却后放入球磨机中加水再磨，将再磨矿浆送入真空过滤机过滤。用水把可溶性铝酸钠浸取出来，过滤后再返回压煮器。过滤得的固体渣叫褐泥。褐泥中所含的氧化硅是以硅酸二钙形式存在，褐泥被弃去。 【例题解析】： 例1．（1）100 mL 1 mol·L-1的AlCl3溶液与60 mL 6 mol·L-1的KOH溶液混合后，生成沉淀的质量是_______g。

（2）若在200 mL 0.5 mol·L-1的Al2(SO4)3溶液中加入2 mol·L-1的NaOH溶液，可得到7.8 g Al(OH)3沉淀，则NaOH溶液的体积为_________mL。 解析：（1）n(Al3+)=0.1 L × 1 mol·L-1=0.1 mol n(OH-)=0.06 L × 6 mol·L-1=0.36 mol

Al~ 3OH~ Al(OH)3 Al(OH)3 ~ OH~ AlO2 1 3 1 1 1 0.1 0.3 0.1 (生成) 0.06 0.36-0.3 (继续溶解) ∴n(Al(OH)3)=0.1 mol－0.06 mol=0.04

3+

-

-

-

mol

∴mAl(OH)3=78 g/mol × 0.04 mol=3.12g

（2）n(Al(OH)3)=

3+

=0.1mol

n(Al)=0.2L×0.5mol/L×2=0.2mol

画出NaOH溶液滴入Al2(SO4)3溶液中生成沉淀的图

像。

∵Al3++3OH-=Al(OH)3↓ Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

∴当NaOH溶液刚滴入Al2(SO4)3中，立即生成沉淀，n(OH-)=3n(Al3+)=0.6mol时，沉淀

3

量最大，n(Al(OH)3)=0.2mol；随着NaOH溶液继续滴加，溶液中无Al，Al(OH)3与过量NaOH生成NaAlO2而溶解，当过量n(NaOH)=n(Al)时，Al(OH)3完全溶解。 由图可知：当n(Al(OH)3)=0.1 mol时，对应2个NaOH值。 a=0.3mol (NaOH不足)

VNaOH= = =0.15L=150mL b=0.7mol (NaOH过量)

VNaOH= =0.35L=350mL

例2． 向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液，沉淀的物质的量随Ba(OH)2物质的量的变化曲线图（如图），请指出A、B两点的意义 ，OA与AB段发生反应的离子方程式。 解析

本题要求能够在熟练掌握Al3＋与OH―反应的基础上，

n（沉淀）3+

3+

充分对化学反应的本质有清楚的认识。明矾KAl(SO4)2·12H2O在水溶液中存在下面的电离方式：KAl(SO4)2=K＋+Al3＋+2SO42―，加入Ba(OH)2后，Ba2＋要和SO42―生成BaSO4沉淀，Al3＋要和OH先生成沉淀Al(OH)3，随着Ba(OH)2的加入Al(OH)3又要和OH―生成AlO2―溶解，所以要全面考虑本题中所给的各离子之间的关系，在开始加入Ba(OH)2时BaSO4和Al(OH)3同时沉淀，当Al全部沉淀时，Ba还没有完全沉淀，而当Ba全部沉淀时，Al3＋转变成了AlO2―。

3＋

2＋

2＋

―

ABn[Ba(OH)2]答案： A点表示生成的全部Al(OH)3和部分BaSO4沉淀，B 点表示此时的沉淀全部为BaSO4。OA段的离子方程式为：Al3＋+3OH―=Al(OH)3↓ Ba2＋+SO42―=BaSO4↓，AB段的离子方程式为：Al(OH)3+OH―=AlO2―。

二、铁、铜的获取及应用

一、铁单质1、铁原子的结构铁的原子序数？在周期表中的位置？其原子结构示意图？26Fe 位于第四周期第Ⅷ族2、铁的物理性质铁是一种可以被磁铁吸引的银白色金属，质软，有良好的导电、导热性、延展性。纯铁具有良好的抗腐蚀性。

4

3、铁的化学性质Cl2、Br2、稀HNO3强氧化剂FeO2、H2O(g)Fe3+Fe3O4（Fe2+/Fe3+）Fe2+I2、S、H+、Cu2＋、Fe3+弱氧化剂常温，浓硫酸、浓硝酸钝化

二、铁的重要化合物1、铁的氧化物FeO俗名色态价态稳定性与稀酸反应共性

Fe2O3铁红Fe3O4磁性氧化铁／黑色粉末+2不稳定红棕色粉末+3稳定黑色晶体+2，+3稳定FeO+2H+ = Fe2++H2OFe2O3+6H+ = 2Fe3++3H2OFe3O4+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O高温时，都能被C、CO、H2、Al等还原剂还原，最终都生成铁 2、铁的氢氧化物物质状态化学性质转化制取Fe(OH)2不溶于水的白色固体Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O不稳定，易被氧化Fe(OH)3不溶于水红褐色固体Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O2Fe(OH)3 = Fe2O3+3H2O△4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3 白色沉淀先变成灰绿色，后成为红褐色新制FeSO4溶液与NaOH隔绝空气：Fe2++ 2OH-= Fe(OH)2↓铁盐与强碱反应Fe3++ 3OH-= Fe(OH)3↓ 5

3、Fe3+、Fe2+的鉴别和检验鉴别方法直接观色Fe2?Fe黄色3?浅绿色不显红色不显紫色无明显现象试纸不变蓝白色沉淀迅速变灰绿色最后呈红褐色显反与KSCN色应与苯酚利用Fe3+的与铜片氧化与淀粉性KI试纸利用与OH-反应血红色显紫色Cu被腐蚀溶液变蓝色试纸变蓝色立即产生红褐色沉淀 三、铜1.铜的物理性质纯铜呈紫红色;熔点1083.4℃,沸点2567℃;密度8.92g/cm3;质软；具有良好的延展性、导热、导电性。2.铜的化学性质(1)与氧气反应(2)与硫反应2Cu + O2== 2CuO2Cu + S == Cu2S点燃加热加热(黑色物质)(3)与氯气反应Cu + Cl2==CuCl2棕黄色的烟 ①硫氰酸钾溶液溶液呈血红色红褐色沉淀溶液显紫色生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最终变为红褐色Fe3+②氢氧化钠溶液③苯酚溶液①氢氧化钠溶液Fe2+②硫氰酸钾溶液和氯水先加硫氰酸钾溶液，无明显现象，再加氯水，溶液呈血红色。

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4、铁三角关系FeC强氧Fe2O：I2、+：CH+、、AlCO、、Cu2+ZnH等2、、Fe3+还Al原 弱l2、化剂FeBr：Fe2O2、O3+3：：C2、浓A、l、CHOZn、2SO等H4、还2、H原ANOl3化氧Fe剂S、Fe2+强氧化剂：Cl2、Br2、O2、浓H2SO4HNO3、酸性KMnO4、Na2O2、H2O2等Fe、Cu、I－、S2-等Fe3＋

价态+3+2+10Fe单质Fe2O3Fe3O4FeOFeCl2Fe(OH)2FeCl3Fe(OH)3氧化物盐氢氧化物

三、铜1.铜的物理性质纯铜呈紫红色;熔点1083.4℃,沸点2567℃;密度8.92g/cm3;质软；具有良好的延展性、导热、导电性。2.铜的化学性质(1)与氧气反应(2)与硫反应2Cu + O2== 2CuO2Cu + S == Cu2S点燃加热加热(黑色物质)(3)与氯气反应Cu + Cl2==CuCl2棕黄色的烟

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3. 氢氧化铜Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2O?和稀硫酸的反应:_______________________Cu(OH)2== CuO+H2O?加热分解: ___________________________△?新制氢氧化铜悬浊液与乙醛加热反应:2Cu(OH)2 + CH3CHO →CH3COOH + Cu2O + 2H2O______________________________________4. 硫酸铜硫酸铜的用途及硫酸铜晶体中水的测定？

四、金属的冶炼1.铁的冶炼设备:高炉原料:铁矿石、焦碳、空气、石灰石等原理：C+O2=CO2CO2+C=CO除碳制备还原剂3CO+Fe2O3=2Fe+3CO2产物:生铁钢

2. 铜的冶炼湿法炼铜：（古代）Fe+Cu2+=Fe2++Cu高温炼铜:黄铜矿碳粗铜铜的精炼:粗铜电解精铜（含量99.95%-99.98%）

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几种制备方法比较金属很活泼金属活较泼活金泼属和不存在形式海水中NaCl海水MgCl2铝土矿中Al2O3赤铁矿磁铁矿等黄铜矿孔雀石等冶炼方法电解电解电解还原剂还原还原剂还原 NaMgAlFeCu金属的冶炼的方法总结K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg AgCuHg Ag电解法热还原法热分解法 五.合金1.定义:由两种或两种以上的金属（或金属和非金属）熔合而成的具有金属特性的物质.2.特点①合金的性质不是各成分金属性质的总和②合金的熔点、密度一般比各成分的金属低. ③合金的硬度一般比各成分的金属大.④合金的化学性质也和各成分金属不同.最早的合金是青铜,最常见、用量最大的合金是钢.

六、疑难解析

1．金属铁是怎样腐蚀的

钢铁电化学腐蚀的本质是形成原电池。原电池是一种将氧化还原反应中转移的电子通过导体发生移动而产生电流的装置。导致电流产生的原因是两个不同的电极之间存在电位差，致使电子从一个电极流向另一个电极。所以构成原电池的关键是两个电极之间要存在电

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位差。

钢铁的电化学腐蚀中的两个电极反应的电极电位如下：

Fe-2e-＝Fe2+，E(Fe2+／Fe)＝-0．409V

-在中性溶液中：2H2O+O2+4e=4OH-，E(O2／H2O)＝0．401V 在酸性溶液中：2H++2e-=H2↑，E(H+／H2)＝0V

随着环境的pH上升，在被腐蚀的铁表面，就形成氢氧化亚铁[Fe(OH)2]沉淀。但是在溶液为近中性或弱碱性，且溶液中有氧存在时，二价的铁会进一步氧化为三价的氧化铁，也就是常见的红棕色铁锈。反应过程可表示如下：

2+-Fe+2OH=Fe(OH)2(白色或绿色沉淀)

4Fe(OH)2+O2＝2Fe2O3+4H2O

溶液中氧的存在及其量的多少，对铁的腐蚀及形成什么腐蚀产物有重大影响。在铁的电化学腐蚀中，总的阳极反应的速率应和总的阴极反应的速率相等。阴极反应的速率与溶液中溶解氧的浓度有关，溶解氧浓度越大，阴极反应的速率就越大。假如没有充足的氧补充，

例如空气中的氧不足，或金属处于深水中，则在腐蚀过程中，溶液中氧浓度会不断减小，阴极反应速率随之减小，直至溶液中的氧被耗尽，阴极反应停止。有时，氧的补充对于阴极反应是足够的，但在随后的二价铁转化为三价铁时，氧补充不足，就会形成四氧化三铁：

6Fe(OH)2+O2＝2Fe3O4·H2O(绿色)+4H2O

Fe3O4·H2O＝H2O+Fe3O4(黑色)

所以在许多情况下，生成的铁锈是分层的。在最外层，由于有充足的氧，形成的是红棕色的三氧化二铁；里层由于缺氧而形成四氧化三铁；通常中间是含水的四氧化三铁，为绿色；内层是黑色的无水四氧化三铁。

2．防止金属腐蚀的方法

(1)非金属保护层。将耐腐蚀的非金属物质，如油漆、喷漆、搪瓷、陶瓷、玻璃、沥青、高分子材料(如塑料、橡胶、聚酯)等，涂在要保护的金属表面上，使金属与腐蚀介质隔离。 (2)金属保护层。用耐腐蚀性较强的金属或合金，覆盖被保护的金属表面，覆盖的方法有电镀、热喷镀、真空镀等。按防腐蚀的电化学性质来说，保护层可分为阳极保护层和阴极保护层。阳极保护层金属的标准电极电位比基体金属低，例如镀锌铁板，锌为阳极，铁为阴极。阴极保护层金属的标准电极电位比基体金属高，例如镀锡铁板，锡为阴极，铁为阳极。就保护层将金属和环境隔离的作用而言，两种保护层无本质区别。但当保护层受到损坏变得不完整时， 情况就不同了。如前所述，阴极保护层将使基体金属成为阳极，造成孔蚀。阳极保护层，如镀锌铁板，此时锌为阳极，基体金属铁是阴极，受到腐蚀的是镀层锌，而非铁。直到镀层受到相当大的破坏，不能对基体金属起保护作用时，基体金属才开始腐蚀。 (3)化学保护。①牺牲阳极保护法。将标准电极电位较低的金属和需要保护的金属连 接起来，构成原电池。这时，需要保护的金属因电极电位较高成为阴极，不受腐蚀，得到保 护。另一个电极电位较低的金属是阳极，被腐蚀。例如，海上航行的船舶，在船底四周镶嵌锌块。这时，船体是阴极，受到保护，锌块是阳极，代替船体被腐蚀。这种保护法保护了阴极，牺牲了阳极，故称牺牲阳极保护法。②阴极保护法。这是利用外加电源来保护金属，把需要保护的金属接在负极上，成为阴极而避免腐蚀。另外取一些铁块接到正极上，使之成 为阳极，让其腐蚀，实际上也是牺牲阳极。和上面的方法所不同的是，这里由外电源提供电 流，而不是由电池本身提供电流。化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地—厂水管、输袖 管等，常用这种方法防腐。③阳极保护法。这也是利用外加直流电源来保护金属，把需要 保护的金属接在正极上，成为阳极。理论上说，这应该加速金属腐蚀。但对——些能形成保 护性氧化膜的金属，并非一定加速金属腐蚀。相反，在适当的电位范围内，由于阳极上氧化 作用加剧，在金属表面形成一个完整的氧化膜层，使金属得到保护，腐蚀电流明显下降。这 种

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