镁和铝的冶炼

第四单元镁和铝的冶炼课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案学习目标第四单元镁和铝的冶炼学习目标1.掌握从海水中提取镁的原理及工艺流程。2．了解电解法冶炼铝的原理和工艺流程。课前自主学案一、从海水中提取镁自然界中的镁主要以化合态的形式(如MgCl2)存在于地壳和海水中.从海水中提取镁的过程分为两步:一是__________________________________________,二是_________________________.要从MgCl2浓度极小的海水中把MgCl2提取出来把MgCl2中的Mg还原出来以贝壳和海水为原料制取金属镁的过程是由贝壳煅烧制石灰再制成石灰乳,用石灰乳和海水制Mg(OH)2,Mg(OH)2加盐酸变为MgCl2溶液,然后浓缩结晶成_____________再变为MgCl2.电解熔融的氯化镁就可以得到金属镁和氯气.MgCl2·6H2O思考感悟实际生产中，氯化镁的水合晶体加热脱水的过程在充满氯化氢气体的设备中进行。为什么在这种条件下可以得到无水氯化镁？【提示】因为MgCl2属于强酸弱碱盐,能发生水解转化为碱式氯化镁[Mg(OH)Cl],化学方程式为MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl.在充满氯化氢气体的环境中,氯化氢分子浓度大,使水解平衡向逆反应方向移动,抑制了MgCl2的水解,从而加热脱水可得到无水氯化镁.二、铝的冶炼电解法冶炼铝包括由铝土矿提取________和由氧化铝______制取金属铝两个过程.1.氧化铝的生产:从矿石提取氧化铝的方法是使铝土矿与________溶液在高温下反应生成偏铝酸钠溶液,然后通入_____并降温析出氢氧化铝沉淀,再经净化和高温煅烧得到氧化铝.氧化铝电解NaOHCO2电解氧化铝:氧化铝熔点很高,生产中要加入________使它的熔点降低;通电使氧化铝和冰晶石形成熔融体并电解,生成铝和氧气.冰晶石课堂互动讲练从海水中提取镁从海水中提取镁的基本原理与步骤是：第一步:先将海边大量存在的贝壳煅烧成生石灰,并将生石灰制成石灰乳。=====高温CaO＋CO2↑CaO＋H2O===Ca(OH)2第二步:将石灰乳加入到海水沉淀池中得到氢氧化镁沉淀.MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2第三步：将氢氧化镁与盐酸反应生成六水合氯化镁，将六水合氯化镁在氯化氢的气氛中加热脱水(干燥)使其转化为无水氯化镁。Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2OMgCl2＋6H2O===MgCl2·6H2OMgCl2·6H2O=====HCl△MgCl2＋6H2O第四步:电解熔融的氯化镁就可以得到金属镁和氯气.MgCl2=====通电Mg＋Cl2↑特别提醒:(1)生成的氯气可输送到制酸厂与氢气反应生成氯化氢气体,供第三步使用.(2)海水提取镁用的是海水晒盐后的母液.(3)MgCl2·6H2O在通常情况下受热时,易与水反应生成碱式氯化镁[Mg(OH)Cl]和氯化氢气体(即发生水解反应),在氯化氢气体氛围中受热生成氯化镁和水(氯化氢气体的存在抑制了水解反应).(2011年嘉兴调研)海水是一种丰富的资源,工业上从海水中可提取许多种物质,广泛应用于生活、生产、科技等方面.下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图.例1回答下列问题：(1)流程图中操作a的名称为________.(2)工业上从海水中提取的NaCl,可用来制取纯碱,其简要过程如下:向饱和食盐水中先通入气体A,后通入气体B,充分反应后过滤得到晶体C和滤液D,将晶体C灼烧即可制得纯碱.①气体A、B是CO2或NH3,则气体A应是________(填化学式).②滤液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物质,工业上是向滤液D中通入NH3,并加入细小食盐颗粒,冷却析出不含有NaHCO3的副产品NH4Cl晶体,则通入NH3的作用是____________________________.(3)镁是一种用途很广的金属材料,目前世界上60%的镁从海水中提取.①若要验证所得无水MgCl2中不含NaCl,最简单的操作方法是______________________________.②操作b是在________氛围中进行,若在空气中加热,则会生成Mg(OH)Cl,写出有关反应的化学方程式:____________________。【解析】(1)将海水蒸发结晶得到粗盐,在提取粗盐后的母液中主要含有的是Mg2＋.(2)①先通氨气的原因是氨气易溶于水,CO2微溶于水,若先通CO2,则影响产率；②从平衡的角度去分析,增加NH＋4的浓度,有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行,将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出.(3)①采用焰色反应来检验;②HCl的作用是防止MgCl2的水解.【答案】(1)蒸发结晶(或蒸发)(2)①NH3②增加NH＋4的浓度,有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行,将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出(3)①用干燥洁净的铂丝蘸取少量固体,置于酒精灯火焰上灼烧,若无黄色火焰产生,则证明所得无水氯化镁晶体中不含氯化钠(答焰色反应也可)②HCl(气流)MgCl2·6H2O=====△Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑【点评】本题是工业流程题，读懂流程是关键。从流程中找到实验原理和实验目的，正确分析每一个实验步骤，题中考查的内容涉及粗盐的提取、制碱工业、镁的提取等，综合性很强。变式训练1海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如图所示：(1)若在空气中加热MgCl2·6H2O生成的是Mg(OH)Cl或MgO,写出相应反应的化学方程式__________________________________________.(2)Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2,应怎样除去?写出实验步骤______________________________________________________________________.(3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中,在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒,分别说明这三种情况下使用玻璃棒的目的:溶解时:___________________________________;过滤时:___________________________________;蒸发时:___________________________________.解析:为使母液Mg2＋完全沉淀,往往加入过量的石灰乳,要除去过量的Ca(OH)2,而在不引进新的杂质前提下,我们只加入足量的MgCl2溶液.玻璃棒在实验中通常有以下作用:搅拌(加速溶解或防止液体局部过热)、引流(使液体沿玻璃棒转移到相应容器).结合题意,我们不难得出有关答案.答案：(1)MgCl2·6H2O=====△Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑、MgCl2·6H2O=====△MgO＋2HCl↑＋5H2O↑或Mg(OH)Cl=====△MgO＋HCl↑(2)加入足量MgCl2溶液,充分搅拌,过滤,沉淀用水洗涤(3)搅拌,加速溶解使液体沿玻璃棒流入漏斗,防止外洒搅拌,防止因局部过热造成液滴或晶体飞溅铝的冶炼1．从铝土矿提取氧化铝铝土矿的主要成分为Al2O3,还有少量的Fe2O3、SiO2等杂质.(1)实验方案一：①加足量HCl溶液并过滤(除去SiO2):Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O②加足量NaOH溶液并过滤[除去Fe(OH)3]:Al3＋＋4OH－===AlO－2＋2H2OFe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓③通足量CO2并过滤[保留Al(OH)3]:AlO－2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO－3④煅烧：2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O流程图为：(2)实验方案二：①加足量NaOH溶液并过滤(除去Fe2O3)：Al2O3＋2OH－===2AlO－2＋H2OSiO2＋2OH－===SiO2－3＋H2O②加足量盐酸并过滤(除去H2SiO3)：AlO－2＋4H＋===Al3＋＋2H2O③通足量NH3并过滤[保留Al(OH)3]：Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH＋4④煅烧：2Al(OH)3=====△Al2O3＋3H2O流程图为：．电解过程阴极(和电源负极相连)：4Al3＋＋12e－===4Al阳极(和电源正极相连)：6O2－－12e－===3O2↑在高温下,阳极产生的氧气会跟碳电极发生反应,生成二氧化碳,所以在电解中要定时补充碳块.铝的熔点是660℃,电解铝反应的温度是1000℃左右.所以电解生成的铝呈液态,从电解装置的底部流出.金属铝的生产是以Al2O3为原料,在熔融状态下进行电解：例2请回答下列问题:(1)冰晶石(Na3AlF6)的作用是______________________________________.(2)电解生成的金属铝是在熔融液的________(填“上层”或“下层”).(3)阴极和阳极均由_______材料做成;电解时不断消耗的电极是_______(填“阳极”或“阴极”).(4)铝是高耗能产品,废旧铝材的回收利用十分重要.在工业上,最能体现节能减排思想的是将回收铝做成_______________(填代号).a．冰晶石b．氧化铝c．铝锭d．硫酸铝【解析】(1)Al2O3的熔、沸点很高,但电解必须在熔融状态下进行,故用冰晶石降低Al2O3的熔化温度;(2)阴极上Al3＋获得电子形成金属Al，沉积在熔融液下层;(3)阴、阳极材料只起导电的作用,不参与电极反应,选用石墨;电解时,阳极发生氧化反应,生成的O2在高温下与石墨反应而使石墨不断消耗;(4)最能体现节能减排思想的是通过物理变化的方式将废旧铝材回收利用.【答案】(1)降低Al2O3的熔化温度(2)下层(3)碳素(或石墨)阳极(4)c变式训练2铝和氢氧化钾都是重要的工业产品.请回答:(1)工业冶炼铝的化学方程式是__________________________________________.(2)铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是____________________________________.(3)工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解