专题3《从矿物到基础材料》知识汇总.doc

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1、新梦想教育辅导讲义学员编号（卡号）： 年 级： 第 课时学员姓名： 辅导科目： 教师： 课 题授课时间： 月 日 备课时间： 月 日教学目标重点、难点考点及考试要求教学内容 专题3从矿物到基础材料知识汇总铝：从铝土矿中提取铝：铝土矿【氧化铝、氧化铁、二氧化硅】与氢氧化钠溶液混合，过滤，加入过量盐酸，过滤，加入过量氨水，过滤，氢氧化铝沉淀析出，高温灼烧氢氧化铝，生成氧化铝，添加冰晶石【Na3AlF3 ，使氧化铝熔融温度降低】，电解熔融氯化铝得到铝。 Al2O3. Fe2O3. SiO2 过量NaOH，过滤 AlO2-. Na+. OH-. SiO3- 过量HCl，过滤 Al3+. Fe(OH)3

2、 H2SiO3Na+. H+. Cl- 过量NH3H2O，过滤 Al(OH)3 Al2O3 Na3AlF6，通电 Al Na+. NH4+. Cl- Al2O3 + 2OH- = 2AlO2- + H2OAlO2- + 4H+ = Al3+ + 2HHHHHHHHHH2OAl3+ + 3NH3H2O = Al(OH)3 + 3NH4+ 2Al(OH)3 Al2O3 + 3H2O2Al2O3 通电 4Al + 3O2氧化铝是白色、不溶于水的固体，熔点高，常用于制造耐火材料，硬度大，是刚玉【包括红宝石和蓝宝石】的主要成分。氧化铝是两性氧化物，既可以与酸反应生成铝盐，又可以与碱反应生成偏铝酸盐。 A

3、l2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2OAl2O3 + 2OH- = 2AlO2- + H2O氢氧化铝是不溶于水的白色胶状物质，能凝聚水中的悬浮物，吸附色素，可用于净水。氢氧化铝是两性氢氧化物，既能与强酸反应，又能与强碱反应。 Al(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O实验室制备氢氧化铝：铝盐溶液中滴入过量氨水，产生白色沉淀。【或滴入适量氢氧化钠，若过量，先生成白色沉淀，后沉淀消失】 Al3+ + 3NH3H2O = Al(OH)3+ 3NH4+ Al3+ + 3OH- = Al(OH)3 Al3+ + 4OH-

4、= AlO2- + 2H2O十二水合硫酸铝钾【KAl(SO4)212H2O】，俗称明矾，无色晶体，易溶于水，用作净水剂。 KAl(SO4)2 = K+ + Al3+ + 2SO42- Al3+ + 3H2O = Al(OH)3（胶体）+ 3H+偏铝酸钠是白色易溶于水的固体，水溶液呈碱性。偏铝酸钠溶液中通入过量CO2【或适量HCl】，生成氢氧化铝。 AlO2- + CO2 + 2H2O = Al(OH)3+ HCO3- AlO2- + H+ + H2O = Al(OH)3铝是银白色的金属，熔点较低，密度较小。铝可用于各种器皿，但铝制品不宜盛放酸、碱溶液，也不宜长时间盛放腌制食品。铝制炊具、明矾、

5、铝膨松剂、含铝胃药、易拉罐、牙膏皮等中的铝元素易在体内积累，是老年痴呆症的祸根之一。金属铝和其他金属或非金属融合形成合金，铝合金密度小、强度高、塑性好、制造工艺简单、成本低、抗腐蚀能力强、装饰效果好，可用于建筑业，做建筑外墙材料及门窗，可用于交通运输业，制造汽车车轮骨架和飞机构件，还可用于电子行业，制造电子元件。铝露置于空气中，与氧气反应生成致密氧化膜，防止铝进一步被氧化，具有抗腐蚀性。 4Al + 3O2 = 2Al2O32Al + 3I2 H2O 2AlI3 2Al + 3S Al2S3A12S3 + 6H2O = 2Al(OH)3+ 3H2S铝既可以与非氧化性酸反应，生成铝盐和氢气，又可

6、以和碱反应，生成偏铝酸盐和氢气。 2Al + 6H+ = 2Al3+ + 3H2 2Al + 2OH- + 2H2O = 2AlO2- + 3H2【实质：2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 ，2Al(OH)3 + 2OH- = 2AlO2- + 4H2O ，氧化剂是水，NaOH起碱性介质作用。】常温下，铝遇到浓硝酸、浓硫酸会在表面生成致密的氧化膜而发生钝化【发生化学变化】，阻止内部金属进一步反应。浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器中，亦可用铝槽车运输。铝热反应：利用铝的氧化性和铝转化为氧化铝时放出大量热，工业上常用铝粉还原一些金属【W、Cr、Mn、Fe、V】氧化物，铝和难熔金属

7、氧化物的混合物称为铝热剂，铝热反应用于焊接铁轨和冶炼难熔金属。铝和氧化铁：把混合均匀的氧化铁粉末和铝粉放在纸漏斗中，加少量氯酸钾，并在中间插一根镁条，点燃镁条，铝热反应发生时，发出耀眼的光芒，放出大量的热，纸漏斗被烧穿，有熔融态铁生成。 2Al + Fe2O3 高温 Al2O3 + 2Fe毛刷实验：将擦亮的铝片浸在硝酸汞溶液中，片刻后取出静止在无风处，铝片表面长出许多毛刷状细丝。3Hg(NO3)2 + 2Al = 3Hg + 2Al(NO3)34Al + 3O2 = 2Al2O3【疏松状】铁铜：铁在自然界主要以化合态的形式存在，常见的铁矿有磁铁矿【主要成分Fe3O4】、赤铁矿【主要成分Fe2O

8、3】，铁单质只存在于陨铁。工业上铁的冶炼在炼铁高炉中进行，原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等，焦炭先与热空气中的氧气点燃生成二氧化碳，并放出大量的热量，二氧化碳再与灼热的焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳在高温下将氧化铁还原为金属铁，石灰石在高温下分解为氧化钙和二氧化碳，氧化钙与铁矿石中的二氧化硅反应生成炉渣。将上述方法得到的生铁【含碳2% 4.5%】进一步炼制可得到钢【含碳0.03% 2%】 C + O2 点燃 CO2 C + CO2 高温 2COFe2O3 + 3CO 高温 2Fe + 3CO2CaCO3 高温 CaO + CO2CaO + SiO2 高温 CaSiO3铜在自然界主要以化合态的

9、形式存在，常见的铜矿有黄铜矿【主要成分CuFeS2】、孔雀石【主要成分CuCO3Cu(OH)2】铜的冶炼：【主要】高温冶炼黄铜矿获得铜，电解精炼得到电气工业生产用铜 矿堆浸铜法【生物炼铜】，湿法炼铜。铁是一种可以被磁铁吸引的银白色金属。铜是紫红色金属。铁和铜都是热和电的良导体。人体中铁元素大部分存在于血红蛋白内，起着运输氧气、二氧化碳的作用，铁的化合物在人体内发生的氧化还原反应中起着传递电子的作用，人体缺铁会引起贫血。铜盐能杀死细菌、抑制藻类生长，游泳馆常用硫酸铜作池水消毒剂，稀的硫酸铜溶液还可用于杀灭鱼体上的寄生虫，治疗鱼类皮肤病和鳃病等。铁粉与硫粉混合加热，生成黑色固体硫化亚铁。Fe +

10、S FeS3Fe + 2O2 点燃 Fe3O42Fe + 3Cl2 点燃 2FeCl3擦亮的铜丝伸入硫蒸气，生成硫化亚铜。 2Cu + S Cu2S2Cu + O2 2CuO Cu + Cl2 点燃 CuCl2铁与非氧化性酸反应生成亚铁盐和氢气。Fe + 2H+ = Fe2+ + H2工业上用铁与硫酸制绿矾【FeSO47H2O】。Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2铁、铜能把更不活泼的金属离子从溶液中置换出来【氧化性Zn2+ Fe2+ H+ Cu2+ Fe3+ Br2 Fe3+ I2 还原性Cl- Br- Fe2+ I-硅：硅在自然界只以化合态存在，以二氧化硅和硅酸盐广泛分布，地壳中

11、含量仅次于氧，是构成矿物和岩石的主要成分。硅酸盐组成相当复杂，通常用氧化物的形式来表示，顺序为活泼金属氧化物较活泼金属氧化物二氧化硅水【钙铝石榴子石，Ca3Al2Si3O12，3CaOAl2O33SiO2】。以含硅物质为原料经加热制成硅酸盐材料的制造工业叫硅酸盐工业，包括水泥工业、陶瓷工业和玻璃工业。水泥具有水硬性，是当今建筑业使用最普遍的基础材料之一。工业上以黏土【主要成分为铝硅酸盐】、石灰石为主要原料，在水泥回转窑中高温煅烧后，加入适量石膏【用于调节水泥的硬化速度】，磨成细粉，得到普通水泥，主要成分为硅酸二钙、硅酸三钙、铝酸三钙等。玻璃是将石灰石、纯碱、石英在玻璃熔炉中高温熔融制得的。普通

12、玻璃主要成分为Na2OCaO6SiO2，属于玻璃态物质【没有一定熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质，介于晶体与非晶体之间】。 Na2CO3 + SiO2 高温 Na2SiO3 + CO2 CaCO3 + SiO2 高温 CaSiO3 + CO2陶瓷是黏土在砖窑中烧制而成的，具有抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘等优点。组成为Na2OAl2O32SiO2nH2O的铝硅酸盐中有许多笼状空穴和通道，被称作分子筛，常用于分离、提纯气体或液体混合物，还可作干燥剂、离子交换剂、催化剂及催化剂载体等。硅酸钠，俗称泡花碱，易溶于水，其水溶液叫做水玻璃，显碱性，用于建筑用黏合剂和防腐防火材料。二氧化硅，又叫硅石

13、，是一种坚硬难熔的固体，是酸性氧化物，不与水、酸【除HF】反应，耐高温、耐腐蚀，可用于制作光学镜片、石英坩埚和光导纤维。氢氟酸能腐蚀玻璃，用于雕刻玻璃。 SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O二氧化硅能与强碱溶液反应。 SiO2 + 2OH- = SiO32- + H2O二氧化硅能与碱性氧化物反应。 SiO2 + CaO 高温 CaSiO3硅酸【H2SiO3】、原硅酸【H4SiO4】是不溶于水的白色胶状固体，不稳定，原硅酸在空气中自动失水变为硅酸，硅酸加热分解为二氧化硅和水。 H4SiO4 = H2SiO3 + H2O H2SiO3 SiO2 + H2O硅酸钠溶液中通入二氧化碳，生成

14、硅酸沉淀【硅酸酸性比碳酸弱】。 Na2SiO3 + CO2 + H2O = H2SiO3+ Na2CO3可溶硅酸盐与酸反应生成硅酸【二氧化硅不溶于水，不能直接与水反应生成硅酸】。SiO32- + 2H+ = H2SiO3硅晶体是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体，熔沸点高、硬度大，是半导体，常温下较稳定，用作半导体材料。硅在常温下能与强碱反应放出氢气。Si + 2OH- + H2O= SiO32- + 2H2硅在常温下能与氢氟酸、氟气反应。Si + 4HF = SiF4+ 2H2Si + 2F2 = SiF4硅在高温下能与一些非金属反应。Si + O2 SiO2Si + 2H2 高温 SiH4【

15、不稳定】工业上用焦炭在高温下还原二氧化硅制得含少量杂质的粗硅【硅的弱氧化性】，将粗硅在高温下与氯气反应生成四氯化硅【常温液态，高温气态】，经提纯后，再用氢气还原，得到高纯度的硅。 SiO2 + 2C 高温 Si + 2CO Si + 2Cl2高温SiCl4 SiCl4 + 2H2高温Si + 4HCl一、从铝土矿到铝合金铝在大自然以稳定的 化合 态存在。1、从铝土矿中提取铝铝元素在地壳中含量仅次于 氧 、 硅 ，是地壳中含量最多的金属元素。工业提取铝涉及的主要反应有 2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2 、 NaAlO2+CO2+2H2O=Al(OH)3+NaHCO3 、 2Al

16、(OH)3Al2O3+3H2O 、 2Al2O34Al+3O2 由于氧化铝的熔点很高，在电解时人们往往会加入 冰晶石 来降低氧化铝的熔点。2、铝的性质铝在空气中能表现出良好的抗蚀性是由于 铝的表面有致密的氧化保护膜 。铝是一种既可以与酸反应又可以与碱反应的金属。（分别写出化学方程式） 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2 、 2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2 在 常温 下，铝（或者铁）遇 浓H2SO4、 浓HNO3 时会在表面生成致密的氧化膜而发生 钝化 。铝热反应： 2Al+Fe2O3AlCl3+2Fe ，常用于 焊接铁轨 3、氢氧化铝两性（两性氢氧化物）(1)与盐酸反

17、应 Al(OH)3+3HCl=AlCl3+3H2O 、(2)与氢氧化钠反应 Al(OH)3+NaOHNaAl(OH)4 明矾的净水原理： KAl(SO4)2=K+Al3+2SO42- 注意的是:AlCl3中逐滴加入NaOH溶液，反应时可看作是经过两步反应：第一步：Al3+3OHAl(OH)3 第二步：Al(OH)3OHAlO2+2H2O生成沉淀的量随加入NaOH溶液的体积变化曲线如右图:在NaAlO2溶液中逐滴加入盐酸，也是分两步进行的，先生成Al(OH)3沉淀，盐酸过量时沉淀消失。反应：NaAlO2+HCl(少)+H2O=Al(OH)3+NaCl、Al(OH)3+NaOH=NaAlO2+2H

18、2O 小结：“铝三角”铝盐和偏铝酸盐的相互转化：反应：Al3+ + 4OH- = AlO2- + 2H2O AlO2-+ 4H+ = Al3+ + 2H2OAl(OH)3 + OH- = AlO2- + 2H2O AlO2- + H+ + H2O = Al(OH)3Al3+ + 3OH- = Al(OH)3Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O 二、铁、铜的获取及应用1、从自然界中获取铁和铜人类最早使用的的金属有 铁 、 铜 两种。人类经历了青铜器时代和铁器时代。铁、铜的存在：人类最早利用的单质铁和单质铜直接来自于自然界。铁单质只存在于从天而降的 陨石 中，而铜则来自于自然存在

19、的少量单质铜。铁和铜在自然界中主要以化合态形式存在。常见的铁矿石有磁铁矿（主要成分是 Fe3O4 ）、赤铁矿（主要成分是 Fe2O3 ）；常见的铜矿石有黄铜矿、孔雀石。（3）高炉炼铁：原料： 铁矿石 、 焦炭 、 空气 、 石灰石 设备： 炼铁高炉 原理： 用还原剂将铁从其化合物中还原出来 主要反应：还原剂的形成 C+O2CO2 、 CO2+C2CO 还原铁矿石yCO+FexOyxFe+yCO2 炉渣的形成CaCO3CaO+CO2 、 CaO+SiO2CaSiO3 石灰石的作用是： 除去铁矿石中的炉渣 ，反应为CaCO3CaO+CO2 、 CaO+SiO2CaSiO3 要求理解：一氧化碳的形成

20、、高炉中各进出口的流经的物质（祥细见教材P70图3-11）在高炉中最终得到是含碳 2%4.5% 的 生铁 ；钢的含碳量为 0.03%0.2% 。因此从这层含义上讲生铁和钢都是铁的合金。（4）铜的冶炼：火法炼铜湿法炼铜：其原理是_CuSO4+Fe=FeSO4+Cu _生物炼铜2、铁、铜及其化合物的应用铁、铜物理性质比较：不同点：铁银白色，质软，易被磁化 ； 铜紫红色，导电性比铁好铁、铜化学性质：铁铜与非金属单质与Cl22Fe + 3Cl22FeCl3Cu+ Cl2 CuCl2与硫Fe + SFeS2Cu +S Cu2S与酸与HClFe+2HClFeCl2+H2不反应离子方程式4Fe+2H+ =

21、Fe2+ + H2不反应与金属的盐溶液CuSO4+Fe=FeSO4+CuCu+2AgNO3=Cu(NO3)2+Ag与浓硫酸、硝酸在常温下遇浓硫酸、浓硝酸发生钝化在加热条件下可与浓硫酸反应(P95）常温下可与硝酸反应（P101）铁和铜在一定条件下可以与某些非金属、酸和盐溶液等发生反应，铁、铜在反应中充当还原剂。铁、铜与氧化性较弱的氧化剂（如S 、I2）反应转化为 +2 价铁的化合物，而与氧化性较强的氧化剂（如 氯气、氧气 等）反应转化为 +3 价铁的化合物。Fe3+的检验：加入 KSCN 溶液，现象：溶液呈血红色 ，方程式 Fe3+ + 3SCN=Fe(SCN)3 由Fe2+转化为Fe3+ 2F

22、e2+Cl2=3Fe3+2Cl- 由Fe3+转化为Fe2+ Fe+2Fe3+=3Fe2+ Fe+H2O(g)Fe3O4+4H2小结：“铁三角”Fe、Fe2+、Fe3+的相互转化 请写出相应的离子方程式： Fe+2H+=Fe3+H2FeO+CO=Fe+CO2Fe+2Fe3+=3Fe2+2Fe2+Cl2=3Fe3+2Cl-2Fe+3Cl22FeCl3Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe- 3、Fe2+、Fe3+的检验Fe2+的检验 滴加NaOH溶液，先产生白色沉淀，随后沉淀迅速变为灰绿色，最后为红褐色。Fe2+2OH-=Fe(OH)2（白色） 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3（红

23、褐色） 先滴加KSCN无色溶液，无明显现象，再加入新制氯水，溶液立即变红色。2Fe3+Cl2=2Fe3+2Cl- Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3Fe3+的检验 滴加KSCN无色溶液，溶液变血红色。 Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3 滴加NaOH溶液，产生红褐色沉淀。 Fe3+3OH-=Fe(OH)3 （红褐色）Fe2+、Fe3+的鉴别观察法：Fe2+盐溶液呈 浅绿 ，Fe3+盐溶液呈 黄 KSCN法：滴入KSCN无色溶液，溶液呈 血红色 者是Fe3+溶液， 无明显变化 者是Fe2+溶液碱液法：分别加入碱液（氨水也可）， 形成沉淀是红褐色 是Fe3+， 形成白色沉淀，后变灰褐色，最后变

24、为红褐色 是Fe2+溶液 在配制含Fe2+的溶液时，常常向溶液中加入少量的 铁粉 ，目的是 使被氧化成Fe3+ 的与Fe反应还原成Fe2+ 应 为除去废水中的Fe2+，常先将废水中的 Fe2+氧化成Fe3+ ，再调节溶液的 PH值 Fe3+转化为 Fe(OH)2 析出。用 在制作印刷电路板的过程中常利用铜与氯化铁溶液的反应，方程式为 2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+ 铁及铜的化合物的应用：见教材的P74相关内容学生对于本次课的评价： 特别满意 满意 一般 差 学生签字： 教师评定：1、 学生上次作业评价： 好 较好 一般 差2、 学生本次上课情况评价： 好 较好 一般 差 教师签字： 教学主管意见： 家长签字： _新梦想教务处