2023年镁和铝的冶炼（教学课件）.ppt

化学技术与生活模块化学技术与生活模块 专题三专题三 从自然资源到化学品从自然资源到化学品 单击此处编辑母版标题样式 1.从金属矿中提炼金属的一般步骤：从金属矿中提炼金属的一般步骤：矿石的富集：矿石的富集：冶炼：冶炼：精炼：精炼：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 除去杂质提高矿石中有用成分除去杂质提高矿石中有用成分的含量。的含量。利用氧化复原反响，在一定条件下，用利用氧化复原反响，在一定条件下，用复原剂把金属离子复原为金属单质。复原剂把金属离子复原为金属单质。采用一定的方法，提炼纯金属。采用一定的方法，提炼纯金属。单击此处编辑母版标题样式 2.金属冶炼的反响原理：金属冶炼的反响原理：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 利用氧化复原反响，使金属化合物中的金属离子利用氧化复原反响，使金属化合物中的金属离子得到电子复原成金属单质：得到电子复原成金属单质：根据根据Mn+氧化性的不同，常用的有三种冶炼方法。氧化性的不同，常用的有三种冶炼方法。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag 电解法电解法 热还原法热还原法 热分解法热分解法 单击此处编辑母版标题样式 热分解法：热分解法：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 不活泼金属的阳离子氧化性强，加热时可从化合不活泼金属的阳离子氧化性强，加热时可从化合物内部获得电子被复原成单质。物内部获得电子被复原成单质。2HgO 2Hg+O2 2Ag2O 4Ag+O2 适用于金属活动性顺序表中位于铜后面的金属。适用于金属活动性顺序表中位于铜后面的金属。单击此处编辑母版标题样式 热复原法：热复原法：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 大多数金属顺序表中大多数金属顺序表中Al到到Hg之间的元素可之间的元素可以用强复原剂，在加热条件下复原。常用的复原剂有：以用强复原剂，在加热条件下复原。常用的复原剂有：C、CO、H2、活泼金属如、活泼金属如Na、Mg、Al等。等。Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温高温 WO3+3H2 W+3H2O 高温高温 Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 高温高温 TiCl4+4Na Ti+4NaCl 高温高温 单击此处编辑母版标题样式 电解法：电解法：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 活泼金属的阳离子氧化性很弱，一般复原剂难以活泼金属的阳离子氧化性很弱，一般复原剂难以将它们复原为金属。将它们复原为金属。2NaCl 2Na+Cl2 电解电解 2Al2O3 4Al+3O2 电解电解 MgCl2 Mg+Cl2 电解电解 适用于冶炼适用于冶炼K、Ca、Na、Mg、Al等强复原性金属。等强复原性金属。单击此处编辑母版标题样式 其他方法：其他方法：引言：金属的冶炼引言：金属的冶炼 此外，此外，Au、Pt以单质极少量存在于自然界，可采以单质极少量存在于自然界，可采用物理方法获得，无需冶炼。用物理方法获得，无需冶炼。CuSO4+Fe=FeSO4+Cu 湿法冶金湿法冶金 单击此处编辑母版标题样式 本节要点本节要点 1.镁的冶炼镁的冶炼 2.铝的冶炼铝的冶炼 3.镁和铝的性质镁和铝的性质 单击此处编辑母版标题样式【资料卡片】镁的用途与地位【资料卡片】镁的用途与地位 镁是重要的战略物质，由于它具有质量镁是重要的战略物质，由于它具有质量轻并能在空气中稳定存在等优点，用于制造轻并能在空气中稳定存在等优点，用于制造火箭和导弹上的多种原件，世界上金属镁的火箭和导弹上的多种原件，世界上金属镁的生产量与战争有着密切的关系。从海水中制生产量与战争有着密切的关系。从海水中制取金属镁的年产量在第二次世界大战前不超取金属镁的年产量在第二次世界大战前不超过过2万吨，战时年产量超过万吨，战时年产量超过20万吨，战后年产万吨，战后年产量那么降为量那么降为3万吨。近些年来，在机械制造工万吨。近些年来，在机械制造工业上，金属镁有代替钢、和锌等金属的趋势。业上，金属镁有代替钢、和锌等金属的趋势。一、镁的冶炼：一、镁的冶炼：单击此处编辑母版标题样式 1.镁的存在：镁的存在：镁是海水中浓度占镁是海水中浓度占第三位第三位的元素。镁在海水中的元素。镁在海水中的浓度为的浓度为0.129%，仅次于氯和钠，整个海洋中，仅次于氯和钠，整个海洋中含有约含有约1800亿吨镁。海水中的镁，主要是以亿吨镁。海水中的镁，主要是以MgCl2和和MgSO4的形式存在。的形式存在。【思考与讨论思考与讨论】海水中的镁如何提炼？请设计合理海水中的镁如何提炼？请设计合理的冶炼方法。的冶炼方法。一、镁的冶炼：一、镁的冶炼：单击此处编辑母版标题样式 2.从海水中提取镁的生产流程：从海水中提取镁的生产流程：一、镁的冶炼：一、镁的冶炼：海水海水 Mg(OH)2 MgCl2溶液溶液 MgCl2 6H2O MgCl2 Cl2 Mg 贝壳贝壳 CaO 石灰乳石灰乳 HCl 【问题问题1】请写出上述过程中所涉及到的请写出上述过程中所涉及到的化学方程式化学方程式。单击此处编辑母版标题样式 电解电解 1.贝壳煅烧成石灰：贝壳煅烧成石灰：CaCO3=CaO+CO2 2.石灰制成石灰乳：石灰制成石灰乳：CaO+H2O=Ca(OH)2石灰乳石灰乳 3.石灰乳参加海水沉淀池中得到氢氧化镁沉淀：石灰乳参加海水沉淀池中得到氢氧化镁沉淀：Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2+CaCl2 4.氢氧化镁与盐酸反响氢氧化镁与盐酸反响:Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O 5.电解熔融的氯化镁可以得到金属镁：电解熔融的氯化镁可以得到金属镁：MgCl2=Mg+Cl2 高温高温 一、镁的冶炼：一、镁的冶炼：单击此处编辑母版标题样式 一、镁的冶炼：一、镁的冶炼：【问题【问题2】写出沉淀池中发生的化学反响方程式。沉淀池写出沉淀池中发生的化学反响方程式。沉淀池中制得的中制得的Mg(OH)2沉淀混有什么杂质？应怎样除去？沉淀混有什么杂质？应怎样除去？【问题问题3】如何由如何由MgCl2溶液中制得溶液中制得MgCl2 6H2O晶体？如晶体？如何由何由MgCl2 6H2O制得无水氯化镁？制得无水氯化镁？参加参加MgCl2溶液，充分搅拌过滤，沉淀用水洗涤。溶液，充分搅拌过滤，沉淀用水洗涤。加热浓缩加热浓缩MgCl2溶液，冷却结晶、过滤；在溶液，冷却结晶、过滤；在HCl气氛中加热晶体。气氛中加热晶体。【问题问题4】为何不通过电为何不通过电解解MgO制备镁？制备镁？氧化镁熔点高氧化镁熔点高2800使氧化镁熔化能耗大，生使氧化镁熔化能耗大，生产本钱高。产本钱高。【问题问题5】整个生产流程中整个生产流程中循环使用的物质是循环使用的物质是_ 氯气氯气 单击此处编辑母版标题样式【资料卡片资料卡片】铝的化学史话铝的化学史话 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：尽管铝是地壳中含量最高的金属，但限于当时的金属尽管铝是地壳中含量最高的金属，但限于当时的金属冶炼条件，要把铝从矿石中提炼出来，是极其困难的。冶炼条件，要把铝从矿石中提炼出来，是极其困难的。在在1919世纪，铝是一种珍贵的金属。人们最初得世纪，铝是一种珍贵的金属。人们最初得到的铝粒如同珍宝，它的价格比黄金还贵。到的铝粒如同珍宝，它的价格比黄金还贵。在国宴上，拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具在国宴上，拿破仑三世使用一套珍藏的铝制餐具。而他为。而他为客人提供的是金制的餐具。客人提供的是金制的餐具。门捷列夫创立了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，门捷列夫创立了元素周期表，受到英国皇家学会的表彰，奖品是一只铝制奖杯。奖品是一只铝制奖杯。1885年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的年，在美国首都华盛顿特区落成的华盛顿纪念碑上的顶帽也是用金属铝制造的。顶帽也是用金属铝制造的。3Na+AlCl3(熔融熔融)=3NaCl+3Al 单击此处编辑母版标题样式 1.铝的存在：铝的存在：二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：铝元素占地壳总量的铝元素占地壳总量的7.45，是，是地壳中含量最高的金属元素。地壳中含量最高的金属元素。铝元素在自然界以铝元素在自然界以化合态化合态形式存形式存在，主要存在于在，主要存在于铝土矿铝土矿中。中。铝土矿的成分铝土矿的成分 主要成分主要成分：Al2O3 少量：少量：Fe2O3、SiO2等杂质等杂质 要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝 单击此处编辑母版标题样式 2.从铝土矿制备铝的生产流程：从铝土矿制备铝的生产流程：二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：碱溶法：碱溶法：Al2O3 Fe2O3 SiO2 Fe2O3除去除去 NaAlO2 Na2SiO3 NaOH 溶液溶液 AlCl3 NaCl HCl 溶液溶液 过量氨水过量氨水 过滤过滤 滤液滤液 过量盐酸过量盐酸 过滤过滤 H2SiO3除去除去 过量过量NaOH 溶液溶液 过滤过滤 Al2O3 通电通电 Al Al(OH)3 写出各步过程涉写出各步过程涉及的化学反响式及的化学反响式 单击此处编辑母版标题样式 电解电解 Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O NaAlO2+4HCl=AlCl3+NaCl+H2O Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl AlCl3+3NH3 H2O=Al(OH)3+3NH4Cl NH3 H2O+HCl=NH4Cl+H2O 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O 2Al2O3=4Al+3O2 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：单击此处编辑母版标题样式 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：酸溶法：酸溶法：Al2O3 Fe2O3 SiO2 过量盐酸过量盐酸 过滤过滤 SiO2除去除去 AlCl3 FeCl3 HCl 溶液溶液 Fe(OH)3除去除去 NaAlO2 NaCl NaOH 溶液溶液 过量过量CO2 过滤过滤 滤液滤液 Al(OH)3 过量过量NaOH 溶液溶液 过滤过滤 Al2O3 通电通电 Al 单击此处编辑母版标题样式 电解电解 Al2O3+6HCl=AlCl3+3H2O Fe2O3+6HCl=FeCl3+3H2O AlCl3+4NaOH=NaAlO2+3NaCl+2H2O FeCl3+3NaOH=Fe(OH)3+3NaCl NaOH+HCl=NaCl+H2O NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3 NaOH+CO2=NaHCO3 2Al(OH)3=Al2O3+3H2O 2Al2O3=4Al+3O2 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：单击此处编辑母版标题样式 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：【问题【问题1】氧化铝的熔点为】氧化铝的熔点为2050，可能给工业生产带来，可能给工业生产带来什么问题？如何解决该问题？什么问题？如何解决该问题？氧化铝电解示意图氧化铝电解示意图 会导致会导致Al2O3熔化时能耗大，本钱提高。可以参加冰晶石熔化时能耗大，本钱提高。可以参加冰晶石Na3AlF6作为助熔剂。它是一种配合物，由作为助熔剂。它是一种配合物，由Na+和氟铝酸和氟铝酸根配离子根配离子AlF63组成。利用“溶液比纯溶剂的熔点降低的组成。利用“溶液比纯溶剂的熔点降低的性质，可知冰晶石性质，可知冰晶石Al2O3熔盐的熔点不高，且其在电解过程熔盐的熔点不高，且其在电解过程中比较稳定。中比较稳定。【问题问题2】电解铝工电解铝工业要定期补充石墨业要定期补充石墨电极，为什么？电极，为什么？石墨电极与阳极产生石墨电极与阳极产生的氧气反响而损耗。的氧气反响而损耗。单击此处编辑母版标题样式 二、铝的冶炼：二、铝的冶炼：【资料卡片】溶液的依数性【资料卡片】溶液的依数性 与纯溶剂相比，溶液存在着凝固点降低、与纯溶剂相比，溶液存在着凝固点降低、沸点升高、蒸汽压降低、存在渗透压这沸点升高、蒸汽压降低、存在渗透压这4个特点，称为溶液的依数性，并且根据是个特点，称为溶液的依数性，并且根据是否满足否满足vant Hoff依数性定律分为理想溶液依数性定律分为理想溶液和非理想溶液。和非理想溶液。【想一想】如何解释以下现象？【想一想】如何解释以下现象？冬天结冰的路面上撒上食盐冰面就会融化；冬天结