第一篇：《第二節(jié) 鋁 金屬材料》 教案

《第二節(jié)

鋁 金屬材料》 教案

一、教學(xué)目標(biāo)

知識與技能目標(biāo)：掌握鋁的重要的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。

過程與方法目標(biāo)：通過探究實驗過程中的特殊現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識 情感、態(tài)度、價值觀目標(biāo)：了解鋁的廣泛應(yīng)用，體會化學(xué)的實用性

二、教學(xué)重難點(diǎn)

鋁的化學(xué)性質(zhì)

（教學(xué)過程）

（引入）[投影]生產(chǎn)、生活、科研中的鋁（板書）第二節(jié) 鋁 金屬材料

一、鋁與鋁合金

（展示實物）由學(xué)生總結(jié)物理性質(zhì)，預(yù)測其化學(xué)性質(zhì)

1、鋁的性質(zhì)

物理性質(zhì)：銀白色、熔點(diǎn)低、密度?。▋H為鐵的1/3）、導(dǎo)電性強(qiáng)（僅次于銀、銅）（觀察與思考）

1、在酒精燈上加熱鋁片至紅熱后深入到盛滿氧氣的大試管中

2、小心引燃鋁熱劑（鋁粉和氧化鐵的混合物，上撒氯酸鉀粉末，用鎂帶引燃）

3、把兩個鋁片分別加到盛有2-3ml稀鹽酸和氫氧化鈉溶液的試管中（板書）化學(xué)性質(zhì)：（1）和活潑的非金屬反應(yīng)

4Al + 3O2 2Al2O3

2Al+3H2SO4===Al2(SO4)3+3H2↑

（2）和酸、堿液反應(yīng)

2Al+6HCl===2AlCl3+3H2↑

2Al + 2NaOH +6H2O==2Na〔Al(O)4〕 + 3H2↑（3）能和某些金屬氧化物在高溫下反應(yīng)

2Al + Fe 2O3 Al2O3+2 Fe

2Al +Cr2O3

Al2O3+2Cr

（思考）

1、鋁熱反應(yīng)的實質(zhì)是什么？（鋁作還原劑的置換反應(yīng)）既然鋁的性質(zhì)比較活潑，為什么鋁在空氣中較耐腐蝕？（易形成致密氧化膜）

2、為什么鋁以及鐵制器皿可以盛裝濃硫酸、濃硝酸？（練習(xí)）《學(xué)案》

2、鋁的化合物（Al2O3

Al(OH)3）

（觀察與思考）在一只大試管中加入6-8ml的AlCl3溶液，滴加氨水至不再產(chǎn)生沉淀為止。將沉淀分成兩份：一份加鹽酸，一份加NaOH溶液，觀察，得出結(jié)論

Al(OH)3 + 3HCl==AlCl3 + 3H2O

Al(OH)3 + NaOH==NaAlO2 + 2H2O（敘述）既能跟酸反應(yīng)，又能跟堿反應(yīng)的氫氧化物叫兩性氫氧化物，氧化鋁也具有類似性質(zhì)，是兩性氧化物。

Al2O3 + 6HCl==2AlCl3+ 3H2O

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ==2 Na（Al(O)4）（練習(xí)）《學(xué)案》習(xí)題

3、鋁合金

（思考）

3、鋁是比較軟的金屬，為什么我們所見的鋁制品卻比較硬？

（描述）合金的組成及性質(zhì)：金屬和金屬或金屬和非金屬組成的具有金屬性質(zhì)的混合物。具有：熔點(diǎn)一般低于組分，硬度一般超過組分金屬，性能一般優(yōu)于純金屬（導(dǎo)電性除外）

（自讀）了解合金的廣泛用途

二、金屬與金屬材料

1、鐵的合金---鋼

（比較）

鐵---鋼---不銹鋼—特種鋼性質(zhì)的不同

2、有色金屬—金、銀、銅

（閱讀）比較金銀銅性質(zhì)以及用途（小結(jié)）略

第二篇：金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展

摘要：現(xiàn)代金屬鋁的生產(chǎn)工藝主要是冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法工藝。氧化鋁的生產(chǎn)方法有多種，工業(yè)上用的主要是拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，也有用拜耳燒結(jié)聯(lián)合法等工藝處理低品位鋁土礦。電解過程是在電解槽中進(jìn)行。直流電通入電解槽，槽內(nèi)陰陽兩極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陰極生成金屬鋁液，陽極生成CO和CO2氣體。鋁液定期用真空抬包吸出，經(jīng)過凈化澄清后，澆注成商品鋁錠。陽極氣體經(jīng)凈化后，廢氣排空，回收的氟化物返回電解槽。關(guān)鍵詞：拜耳法；鋁電解；氧化鋁；反應(yīng) 緒論 1.1引言

1854年，法國化學(xué)家德維爾把鋁礬土、木炭、食鹽混合，通入氯氣后加熱得到NaCl·AlCl3復(fù)鹽，再將此復(fù)鹽與過量的鈉熔融，得到了金屬鋁。直到1886年，美國的豪爾和法國的海朗特，分別獨(dú)立地電解熔融的鋁礬土和冰晶石的混合物制得了金屬鋁，奠定了今天大規(guī)模生產(chǎn)鋁的基礎(chǔ)。

1.2鋁元素

鋁位于元素周期表中第三周期第IIIA族，相對密度2.70。熔點(diǎn)660℃。沸點(diǎn)2327℃。鋁在地殼中分布很廣，鋁的活潑性強(qiáng)，不易被還原，在干燥空氣中鋁的表面立即形成厚約50埃的致密氧化膜，使鋁不會進(jìn)一步氧化并能耐水；但鋁的粉末與空氣混合則極易燃燒；熔融的鋁能與水猛烈反應(yīng)；高溫下能將許多金屬氧化物還原為相應(yīng)的金屬；鋁是兩性的，即易溶于強(qiáng)堿，也能溶于稀酸。航空、建筑、汽車三大重要工業(yè)的發(fā)展，要求材料特性具有鋁及其合金的獨(dú)特性質(zhì)，這就大大有利于這種新金屬鋁的生產(chǎn)和應(yīng)用。應(yīng)用極為廣泛。

1.3鋁的性質(zhì)

鋁具有很大的強(qiáng)度質(zhì)量比,鋁的強(qiáng)度隨溫度降低而增大。鋁具有良好的防腐蝕性能。在空氣中，鋁表面生成一層厚度約2×10-5cm，光滑的硬氧化鋁薄膜，緊緊粘附在鋁表面。鋁是優(yōu)良的導(dǎo)電材料，具有良好的導(dǎo)熱性能。鋁的另一個重要特性是能夠和多種金屬構(gòu)成有用的合金。

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 2鋁土礦

鋁土礦是含鋁礦物和赤鐵礦、針鐵礦、高嶺石、銳鐵礦、金紅石、鈦鐵礦等礦物的混合礦，一般是指工業(yè)上能利用的，以三水鋁石、一水軟鋁石或一水硬鋁石為主要礦物所組成的礦石的統(tǒng)稱。鋁土礦是生產(chǎn)金屬鋁的最佳原料。我國鋁土礦資源比較豐富，分布甚廣，并根據(jù)本國的鋁礦資源特點(diǎn)，發(fā)展出多種氧化鋁生產(chǎn)方法。50年代初就已用堿石灰燒結(jié)法處理鋁硅比只有3.5的純一水硬鋁石型鋁土礦,開創(chuàng)了具有特色的氧化鋁生產(chǎn)體系。用中國的燒結(jié)法,可使Al2O3的總回收率達(dá)到90%；每噸氧化鋁的堿耗(Na2CO3)約 90公斤；氧化鋁的SiO2含量下降到0.02～0.04％；而且在50年代已經(jīng)從流程中綜合回收金屬鎵和利用赤泥生產(chǎn)水泥。60年代初建成了拜耳燒結(jié)混聯(lián)法氧化鋁廠，使Al2O3總回收率達(dá)到91％，每噸氧化鋁的堿耗下降到60公斤，為高效率地處理較高品位的一水硬鋁石型鋁土礦開創(chuàng)了一條新路。中國在用單純拜耳法處理高品位一水硬鋁石型鋁土礦方面也積累了不少經(jīng)驗。

2.1鋁土礦處理方法

從鋁礦提取鋁有兩個方案，第一個方案是選用高品位鋁土礦，先用化學(xué)方法從礦石中提取純凈的氧化鋁，然后用電解法從氧化鋁中提取純凈的鋁。第二個方案是選用低品位的鋁土礦，經(jīng)過物理選礦，分離掉一部分硅酸鹽礦物后，送入溶出流程中去，提取氧化鋁；或者用化學(xué)法分離掉一部分氧化鐵和氧化鈦后，在電解槽或電弧爐內(nèi)還原出鋁-硅-鐵-鈦合金。

2.2我國鋁土礦特點(diǎn)

（1）儲量集中于煤或水電豐富的地區(qū)，有利于開發(fā)利用。山西、貴州、河南和廣西壯族自治區(qū)儲量合計占全國儲量的85.5%，加上其煤炭和水利資源，為其提供了發(fā)展鋁工業(yè)的有利條件。

（2）礦床類型以沉積型為主，坑采儲量比重較大。

（3）一水硬鋁石型礦石占絕對優(yōu)勢。其特點(diǎn)是高鋁、高硅和低鐵，鋁硅比偏低，一般在4~7之間，鋁硅比在10以上的相對少些。在福建、河南和廣西有少量的三水鋁石型鋁土礦。

3氧化鋁的生產(chǎn)

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 氧化鋁，又稱三氧化二鋁，分子量101.96，通常稱為“鋁氧”，是一種白色無定形粉狀物，俗稱礬土。生產(chǎn)氧化鋁的方法有酸法、堿法、酸堿聯(lián)合法、熱法。

3.1堿法生產(chǎn)氧化鋁

堿法生產(chǎn)氧化鋁，就是用堿(NaOH或Na2CO3)處理鋁土礦，使礦石中的氧化鋁水合物和堿反應(yīng)生成鋁酸鈉溶液。鋁土礦中的鐵、鈦等雜質(zhì)和絕大部分的二氧化硅則成為不溶性的化合物進(jìn)入固體殘渣中。這種殘渣被稱為赤泥。鋁酸鈉溶液與赤泥分離后，經(jīng)凈化處理，分解析出A1(OH)3，將A1(OH)3與堿液分離并經(jīng)過洗滌和焙燒后，即獲得產(chǎn)品氧化鋁。

堿法生產(chǎn)氧化鋁一般有拜耳法、燒結(jié)法和拜耳燒結(jié)聯(lián)合法。

3.1.1拜耳法

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理是：

（l）用NaOH溶液溶出鋁土礦，所得到的鋁酸鈉溶液在添加晶種、不斷攪拌的條件下，溶液中的氧化鋁呈氫氧化鋁析出，即種分過程。

（2）分解得到的母液，經(jīng)蒸發(fā)濃縮后在高溫下可用來溶出新的鋁土礦，即溶出過程。

交替使用這兩個過程，就能夠每處理一批礦石便得到一批氫氧化鋁，構(gòu)成所謂的拜耳法循環(huán)。

用反應(yīng)方程式表示如下：

Al2O（2NaOH＋aq 31或3）H2O＋?2NaAl?OH?4＋aq

拜耳法生產(chǎn)氧化鋁一般有原礦漿制備→高壓溶出→赤泥分離、洗滌→晶種分解→氫氧化鋁分離、洗滌→氫氧化鋁焙燒等工序。

3.1.2燒結(jié)法

燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的基本原理是將鋁土礦與一定量的純堿、石灰（或石灰石）配成爐料在高溫下進(jìn)行燒結(jié)，使氧化硅與石灰化合成不溶于水的原硅酸鈣2CaO·SiO2，氧化鋁與純堿化合成可溶于水的固體鋁酸鈉Na2O·Al2O3，而氧化鐵與純堿化合成可以水解的鐵酸鈉Na2O·Fe2O3，將燒結(jié)產(chǎn)物（熟料）用稀堿溶液溶出時Na2O·Al2O3便進(jìn)入溶液，Na2O·Fe2O3水解放出堿，氧化鐵以水合物

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 與原硅酸鈣一道進(jìn)入赤泥。再用二氧化碳分解鋁酸鈉溶液便可以析出氫氧化鋁。經(jīng)過焙燒后產(chǎn)出氧化鋁。分離氫氧化鋁后的母液成為碳分母液（主要成分為Na2CO3），經(jīng)蒸發(fā)后返回配料。

燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工序一般為：生料漿的制備→熟料燒結(jié)→熟料溶出→鋁酸鈉溶液脫硅→碳酸鈉分解→氫氧化鋁分離、洗滌→氫氧化鋁焙燒→碳分母液蒸發(fā)。

3.1.3拜耳燒結(jié)聯(lián)合法

拜耳燒結(jié)聯(lián)合法可充分發(fā)揮兩法優(yōu)點(diǎn)，取長補(bǔ)短，利用鋁硅比較低的鋁土礦，求得更好的經(jīng)濟(jì)效果。聯(lián)合法有多種形式，均以拜耳法為主，而輔以燒結(jié)法。按聯(lián)合法的目的和流程連接方式不同，又可分為串聯(lián)法、并聯(lián)法和混聯(lián)法三種工藝流程。

（1）串聯(lián)法是用燒結(jié)法回收拜耳法赤泥中的Na2O和Al2O3于處理拜耳法不能經(jīng)濟(jì)利用的三水鋁石型鋁土礦。擴(kuò)大了原料資源，減少堿耗，用較廉價的純堿代替燒堿，而且Al2O3的回收率也較高。

（2）并聯(lián)法是拜耳法與燒結(jié)法平行作業(yè)，分別處理鋁土礦，但燒結(jié)法只占總生產(chǎn)能力的10～15％，用燒結(jié)法流程轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的NaOH補(bǔ)充拜耳法流程中NaOH的消耗。

（3）混聯(lián)法是前兩種聯(lián)合法的綜合。此法中的燒結(jié)法除了處理拜耳法赤泥外，還處理一部分低品位礦石。

3.2酸法生產(chǎn)氧化鋁

酸法生產(chǎn)氧化鋁是用無機(jī)酸溶出黏土中氧化鋁的生產(chǎn)方法。用各種無機(jī)酸溶出處理黏土?xí)r，原料中氧化硅基本不與酸反應(yīng)，而得到含鐵的鋁鹽酸性水溶液。經(jīng)過除鐵凈化后，可通過不同的方法得到鋁鹽水合物結(jié)晶或氫氧化鋁結(jié)晶，進(jìn)一步煅燒可得到氧化鋁。

3.2.1硫酸法

硫酸法生產(chǎn)氧化鋁，用m（SO3）: m（Al2O3）=2.6的含鐵的硫酸鋁溶液，在403K的溫度下溶出過量的焙燒過的高硅鋁土礦，得到m（SO2）: m（Al2O3）=1.8~1.9的硫酸鋁溶液和吸附了鐵的殘渣。分離殘渣后往硫酸鋁溶液中通入SO2，金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 將三價鐵還原成二價鐵，再在573K的溫度下，使硫酸鋁水解析出堿式硫酸鋁。在1423K的溫度下煅燒堿式硫酸鋁得到成品氧化鋁和含SO3較高的氣體。氣體用水解母液吸收后在453K溫度下將上述吸附了鐵的殘渣中的氧化鋁充分溶出后，得到m（SO3）: m（Al2O3）=2.6的硫酸鋁溶液，再用于溶出下一批礦石。

3.2.2鹽酸法

鹽酸法生產(chǎn)氧化鋁是用濃硫酸處理含鋁原料得到硫酸鋁溶液，進(jìn)而冷卻結(jié)晶析出雜質(zhì)含量高的硫酸鋁，然后用鹽酸溶解硫酸鋁，同時通入HCl氣體使溶液飽和，使溶液中以很純的AlCl3·6H2O析出。經(jīng)過洗滌后，在1373~1473K的溫度下煅燒獲得純度比拜耳法還高的氧化鋁成品和可再生鹽酸的含HCl氣體。

4鋁電解

現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)，采用冰晶石—氧化鋁熔鹽電解法。氧化鋁作溶質(zhì)，冰晶石作溶劑，氧化鋁溶解在冰晶石中形成電解質(zhì)，以炭素材料作電極，通入電流，在電解槽內(nèi)的兩極上進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，即電解過程。

氧化鋁是鋁電解生產(chǎn)中的主原料，鋁電解對于氧化鋁的要求，一是它的化學(xué)純度，再就是其物理性能。冰晶石的分子式為Na3AlF3，它是溶劑的主要成分。鋁電解生產(chǎn)中所用的冰晶石分天然和人造兩種。天然冰晶石的儲量很少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鋁工業(yè)的需要，所以現(xiàn)代鋁工業(yè)采用人造冰晶石。在鋁電解生產(chǎn)中，氟化鋁是冰晶石—氧化鋁熔體的一種添加劑。它的作用是可以彌補(bǔ)電解質(zhì)中氟化鋁的損失，又可以調(diào)整電解質(zhì)的分子比，主要用于降低熔體的分子比，降低電解溫度。以保證生產(chǎn)技術(shù)條件的穩(wěn)定。其次還需要添加氟化鈣、氟化鎂、氟化鈉和碳酸鈉等用來調(diào)整和改善電解質(zhì)性質(zhì)的添加劑。

4.1電解質(zhì)

在鋁電解生產(chǎn)中，連接陽極和陰極之間不可缺少的熔鹽體叫電解質(zhì)，它主要是以冰晶石為熔劑，氧化鋁為熔質(zhì)而組成。但在現(xiàn)代鋁工業(yè)生產(chǎn)中使用的電解質(zhì)并非單純的冰晶石和氧化鋁。因為冰晶石和氧化鋁含有一定數(shù)量的雜質(zhì)成分，如：氧化鈉、氧化鐵、氧化硒和氧化鈣等。另外，在電解生產(chǎn)中，為了改善電解質(zhì)的物理化學(xué)性能，有利于提高電解生產(chǎn)指標(biāo)，還向電解質(zhì)中加入某些添加劑，如，氟化鋁、氟化鎂、氟化鋰、氯化鈉等。

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 熔融的冰晶石能夠較好的熔解氧化鋁，而且所構(gòu)成的電解質(zhì)可在冰晶石的熔點(diǎn)1008℃以下進(jìn)行電解，從而也降低了氧化鋁的還原溫度。在電解溫度下，熔體狀態(tài)的冰晶石或冰晶石-氧化鋁熔液的比重比鋁液的比重還小約10%，它能更好地漂在電解出來的鋁液上面。冰晶石—氧化鋁熔體具有較好的流動性和良好的導(dǎo)電性。

4.2鋁電解槽

鋁電解槽是煉鋁的主體設(shè)備。電解槽槽型有兩種：（1）自焙陽極電解槽：上插式、側(cè)插式；（2）預(yù)焙陽極電解槽：不連續(xù)、連續(xù)式。自焙槽和預(yù)焙槽比較：

（1）在電解過程中，陽極大約以0.8~1.0 mm/h速度連續(xù)消耗，自焙槽可連續(xù)使用，而預(yù)焙槽不能連續(xù)使用，須定期更換；

（2）自焙槽散發(fā)氟化物，瀝青煙氣，而預(yù)焙槽不散發(fā)煙氣，污染環(huán)境；（3）預(yù)焙槽具有槽型大型化、操作機(jī)械化和自動化、電流效率高、電耗率低、煙害小的優(yōu)點(diǎn)。

4.3鋁電解的兩極反應(yīng)：

鋁工業(yè)上均采用炭素材料作電極——炭陽極和炭陰極。電解對陽極的要求：

(1)導(dǎo)電率高，以降低陽極電阻；

(2)導(dǎo)熱率低以降低糟的熱損失，降低陽極上部的氧化速度和防止電解質(zhì)界面凝固；

(3)熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性良好，使陽極能夠在高溫和腐蝕性的環(huán)境下工作；(4)雜質(zhì)含量低，防止對金屬鋁的污染；(5)適宜的機(jī)械性能，以便經(jīng)受粗糙的搬運(yùn)；(6)合適的密度和空隙率，減少金屬鋁的侵入；(7)氣體滲透率低，減少陽極內(nèi)部氧化；(8)應(yīng)有適宜的抗熱震性。

在電解過程中，炭陰極原則上是不消耗的，炭陽極由于直接參與電化學(xué)反應(yīng)而消耗。陽極的作用主要有：導(dǎo)電和參加電解時的化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)。

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 在電解過程中，陽極是消耗的，其理論消耗是334kg/t·Al，而實際消耗一般為380~450kg/t·Al，這與陽極質(zhì)量、電解技術(shù)條件有關(guān)。降低陽極消耗可以提高鋁廠的電流效率、降低電耗和增加鋁產(chǎn)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

陰極反應(yīng)：

Al3?(配離子)?3e?Al

陽極反應(yīng)：

2O2?(配離子)?C－4e?CO2

總反應(yīng)：

2Al2O3?3C?4Al?3CO2

4.4鋁電解的生產(chǎn)過程

鋁電解槽全部生產(chǎn)過程包括三個階段：焙燒期、啟動和啟動后期、正常生產(chǎn)期。

（1）鋁電解槽的焙燒期

焙燒期在于焙燒自焙陽極（對預(yù)焙槽則是加熱陽極）以及加熱陰極，達(dá)到900~1000℃，以便下一步啟動。自焙陽極新槽采用焦粒焙燒法，預(yù)焙陽極槽采用鋁液焙燒法。

（2）鋁電解槽的啟動期

啟動期在電解槽內(nèi)熔化電解質(zhì)，開始鋁電解。分干式和常規(guī)啟動兩種。干式適用于啟動新系列中的頭幾臺槽，當(dāng)時廠房內(nèi)無現(xiàn)成的熔融電解質(zhì)和鋁液，只好在新槽內(nèi)熔化所需的電解質(zhì)和鋁；常規(guī)啟動適用已有電解槽生產(chǎn)，在開始時從正在進(jìn)行鋁電解槽內(nèi)取出電解液和鋁液倒入新啟動的槽內(nèi)，以加速啟動過程。

（3）鋁電解槽的正常生產(chǎn)期

電解槽經(jīng)過焙燒和啟動之后便進(jìn)入正常生產(chǎn)期，直到停槽為止，正常生產(chǎn)期通常延續(xù)5~7年。

4.5鋁電解用惰性電極 4.5.1惰性陽極

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 采用惰性陽極取代炭陽極,在冰晶石熔液中的溶解度小，在高溫下具有良好的導(dǎo)電性，為電解鋁工業(yè)帶來巨大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。迄今為止,大多數(shù)惰性陽極材料的研究主要集中在金屬或合金、金屬氧化物陶瓷以及金屬陶瓷方面。

金屬(合金)具有良好的導(dǎo)電性、強(qiáng)度和抗熱震性等優(yōu)點(diǎn),是較理想的鋁電解陽極材料。但除某些貴金屬外,金屬陽極在鋁電解槽的生產(chǎn)環(huán)境中不能充分抵御冰晶石熔體腐蝕和陽極產(chǎn)生的高溫氧氣的氧化。

氧化物陶瓷材料由于其顯著的化學(xué)惰性而倍受關(guān)注。但幾乎所有的氧化物在冰晶石熔體中都會有不同程度的溶解,其中SnO2 基氧化物、尖晶石類和CeO2涂層溶解速度緩慢被作為陽極材料的首選。

金屬陶瓷集中了陶瓷材料(低的腐蝕速率和抗氧化性)和金屬材料(良好的導(dǎo)電性和較高的抗熱沖擊強(qiáng)度)的優(yōu)點(diǎn), 其氧化物基體形成抗腐蝕網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中的金屬相增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電性,被看作是最有前途的惰性陽極的材料。

4.5.2惰性陰極

采用惰性陰極材料時，鋁離子可以直接在惰性陰極上放電生成鋁。槽內(nèi)積存的鋁液不再用陰極，所以鋁液涌動所致的波峰減弱，兩極間距可以明顯減弱，從而節(jié)省電能。鋁液還能良好地濕潤惰性陰極，使槽內(nèi)氧化鋁沉淀物不能停留在陰極表面上；鋁液從陰極上淌下來匯集在槽內(nèi)凹溝中減輕了槽生產(chǎn)操作中磁流體攪動的各種干擾，提高電能效率。

4.6鋁電解過程的兩極副反應(yīng) 4.6.1陰極副反應(yīng)

（1）鋁的溶解和損失：

金屬鋁部分地溶解在冰晶石熔體中。一般認(rèn)為，陰極鋁液在電解質(zhì)里的溶解有以下幾種情況：

①溶解在熔融冰晶石中的鋁，生成低價鋁離子和雙原子的鈉離子。

2Al?Al3??3Al? Al?6Na??Al3??3Na?

②在堿性電解質(zhì)中，鋁與氟化鈉發(fā)生置換反應(yīng)。

Al?3NaF?AlF3?3Na

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 ③鋁以電化學(xué)反應(yīng)形式直接溶解進(jìn)入電解質(zhì)熔體中

Al(液)?e?Al?

此外，鋁也可能以不帶電荷狀態(tài)溶解在電解質(zhì)中，構(gòu)成金屬霧。(2)金屬鈉的析出

電解過程中陰極的主反應(yīng)是析出鋁而不是鈉，因為鈉的析出電位比鋁低。但是，隨著溫度升高，電解質(zhì)分子比增大，氧化鋁濃度減少，以及陰極電流密度提高，鈉與鋁的析出電位差越來越小，而有可能使鈉離子與鋁離子在陰極上一起放電，析出金屬鈉：

Na?＋e＝Na

此外，在堿性電解質(zhì)中，溶解的鋁也可能發(fā)生下列反應(yīng)而置換出鈉：

Al＋6NaF?Na3AlF6＋3Na

析出的鈉少部分溶解在鋁中，剩下的一部分被陰極炭素內(nèi)襯吸收，一部分以蒸汽狀態(tài)揮發(fā)出來（鈉的沸點(diǎn)為880℃），在電解質(zhì)表面被空氣或陽極氣體所氧化，產(chǎn)生黃色火焰?？赡艿姆磻?yīng)為：

4Na＋O2＝2Na2O 2Na＋CO2＝Na2O＋CO 2Na＋CO＝Na2O＋C

4.6.2陽極副反應(yīng)

冰晶石—氧化鋁熔鹽電解在電解過程發(fā)生主反應(yīng)的同時，伴隨著一系列副反應(yīng)，主要發(fā)生如下反應(yīng)：

2Al（溶解的）＋3CO2?Al2O3十3CO

此外，由于碳陽極散落掉渣，分離后飄浮在電解質(zhì)表面，當(dāng)二氧化碳?xì)怏w與這些碳渣接觸時，會發(fā)生還原反應(yīng)而生成一氧化碳。

C＋CO2＝2CO

4.6.3陽極效應(yīng)

陽極效應(yīng)是鋁電解過程中發(fā)生在陽極上的一種特殊現(xiàn)象。當(dāng)其發(fā)生時，陽極

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 上出現(xiàn)許多細(xì)小的電弧，發(fā)出輕微的噼啪聲，此時槽電壓已從正常值（如4.2V)升高到數(shù)十伏。陽極效應(yīng)也在其它種類的熔鹽電解中發(fā)生，例如鈣電解，但在鋁電解中最普遍。陽極效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)有利也有弊。

陽極效應(yīng)發(fā)生時可以利用效應(yīng)來檢查電解槽的生產(chǎn)狀態(tài)是否正常；冷槽時可用效應(yīng)提供熱量調(diào)整熱平衡；偶爾發(fā)生陽極效應(yīng)對清理電解質(zhì)中的碳粒和陽極底掌是有益的。但是陽極效應(yīng)的發(fā)生會增加電能消耗和各種原材料的損失，影響槽內(nèi)鋁質(zhì)量；影響系列的供電穩(wěn)定，尤其在供電容量額定的情況下，效應(yīng)過于頻繁易造成供電和生產(chǎn)之間的惡性循環(huán)，這樣既影響供電又影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行；增加勞動量，惡化場所，打亂作業(yè)計劃。

陽極效應(yīng)對鋁電解生產(chǎn)利少弊多，所以，一般把效應(yīng)系數(shù)控制在較低范圍內(nèi)。

4.7鋁電解的電流效率

鋁電解的電流效率通常是指陰極上實際產(chǎn)出的鋁量對于理論上按照法拉第定律計算的鋁量的百分?jǐn)?shù)。它是鋁電解的一個重要的基本生產(chǎn)指標(biāo)，涉及到鋁電解槽的產(chǎn)量與能耗，而這兩者對鋁生產(chǎn)的成本有直接影響。

現(xiàn)代大型預(yù)焙陽極電解槽的電流損失，造成電流效率降低，主要原因是：（1）二次反應(yīng)，即電解出來的鋁又溶解或機(jī)械混入到電解質(zhì)中，并被循環(huán)著的電解質(zhì)帶到陽極空間或電解質(zhì)表面，為陽極氣體中的CO2或空氣中的氧所氧化。這是電流效率降低的基本原因。這一現(xiàn)象在壓鋁，兩水平波動較大，電解質(zhì)溫度過高或低時最明顯。

（2）其它離子的放電。這里主要是鈉離子放電生成鈉原子，由于鈉原子在電解質(zhì)中溶解度很小，加之本身沸點(diǎn)很低，大部分將以氣體狀態(tài)蒸發(fā)或滲入槽底。這一現(xiàn)象在分子比較高時容易發(fā)生。

（3）電流空耗，包括Al3+不完全放電，以及電解質(zhì)時的V5+、P5+、Ti4+等高價離子不完全放電生成相應(yīng)的低價離子被電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到陽級空間后，又再氧化成高價離子，即：

Al3?? 2e ? Al?

（陰極上）Al?? 2e ? Al3?

（陽極上）

如此循環(huán)，造成電流空耗。這種現(xiàn)象在陰極表面的電子密度（即電流密度）

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 較小時，如爐溫過高、化爐膛時，或整流所突然限電時比較明顯。

（4）漏電，通常是爐幫結(jié)殼熔化，并且電解質(zhì)面上有大量炭渣時發(fā)生，即電流有可能連接槽殼與格子板之間，及鐵渣箱體與槽殼接觸等均可造成漏電損失。

電流效率的影響因素有：電解質(zhì)溫度、極距、電解質(zhì)成分、電流密度、鋁液高度。既然電流效率降低的主要原因是熔解鋁的再氧化（二次反應(yīng)）損失，那么提高電流效率的措施可以從控制鋁損失過程中探索，具體措施有：

（1）在適當(dāng)?shù)偷倪^熱溫度下進(jìn)行電解；

電解質(zhì)溫度正常與否，對電解槽電流效率等工作指標(biāo)有著決定性的影響，根據(jù)我廠實踐中的多次測量表明，電解質(zhì)溫度每升高10℃，電流效率大約降低1~2%。電解質(zhì)溫度過低會使電解質(zhì)發(fā)粘，致使鋁珠與電解質(zhì)分離困難，反而易于鋁的損失，使電流效率降低。

（2）建立和保持理想的槽膛內(nèi)型；

極距增大，電解質(zhì)攪拌強(qiáng)度將減弱，因為相同的陽極氣體量所攪拌的兩極間的液體量增加，攪拌減弱，則使擴(kuò)散層厚度增加，使用使鋁損失減少，電流效率提高。但極距超過某一限度，電流效率變化不大，因此，力求使極距保持在實際所能允許的最小值，否則隨著極距增加，不但不能提高電流效率，反而使槽電壓徒然升高，加大電耗、最終還是不利于降低產(chǎn)品成本。

（3）電解質(zhì)成分；

當(dāng)CR（NaF/AlF3之重量比）小于1.5，有過剩AlF3時，電流效率開始提高，這是由于此時鋁液與電解質(zhì)之間界面張力增大，有利于分散于電解質(zhì)中的鋁珠匯集，且鋁的溶解度減小的緣故。同時在酚性電解質(zhì)中，Na+的放電及鋁自電解質(zhì)中取代鈉的反應(yīng)減弱；但電解質(zhì)過酸，又使生成低價氟化鋁反應(yīng)增強(qiáng)，增加鋁的損失。因此，鋁電解生產(chǎn)一般采用弱酸性電解質(zhì)，其分子比（CR）在1.25~1.35之間。

（4）Al2O3濃度；

在冰晶石—Al2O3熔體中，在5%（重量）Al2O3時，電流效率最低，大于或小于此電流效率均能升高，大型預(yù)焙槽生產(chǎn)，采用Al2O3濃度：2.5~3.0%較適宜。

（5）電流密度；

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 為了取得較高電流效率，陰極電流密度不能過高，也不能過低，因為陰極電流密度過低時，由于單位陰極面積上的電子密度過小，Al3+產(chǎn)生不完全放電；陰極電流密度過高時，則發(fā)生Na+大量放電，兩者都會造成電流無謂的消耗，從而降低了電流密度。因而陰極電流密度有一個對應(yīng)最高電流密度的臨界值—臨界陰極電流密度。

陽極電流密度增大，陽極氣體的析出量增加，對電解質(zhì)液攪拌加強(qiáng)，使溶解金屬的擴(kuò)散系數(shù)增大，二次反應(yīng)加快，電流效率將降低；陽極電流密度減小時，陽極氣體的析出排出的速度減弱，攪拌減小時，電流效率提高，但陽極電流密度保持過小，則系列電流強(qiáng)度也將變小，不利于強(qiáng)化生產(chǎn)，最終電流效率也無法保證。

（6）盡可能使槽內(nèi)鋁液保持平靜并處于一定水平；

槽內(nèi)鋁液水平較高時，則可較快地使這部分多余的熱量疏導(dǎo)出去，從而減少陽極下部和側(cè)部溫度差，避免二次反應(yīng)，從而提高電流效率。但鋁液水平過高不僅使?fàn)t膛爐溫偏低，陰極電流密度增大，降低電流效率，而且傳熱量加大、熱損失過大、也使電耗增加。

（7）選用低熔點(diǎn)的電解質(zhì)組成，使用惰性的可濕潤陰極，如二氧化硼涂層陰極。

4.8鋁電解的電能效率

所謂電能效率是指在電解槽生產(chǎn)一定量鋁時，理論上應(yīng)耗電能（W理）與實際消耗電能（W實）之比。以百分?jǐn)?shù)表示：

?電能（%）=W理?100% W實理論電耗是指為了使電解過程能連續(xù)而穩(wěn)定地進(jìn)行，理論上應(yīng)付出的最低電能。鋁電解槽的槽工作電壓主要由以下幾部分組成：氧化鋁的實際分解電壓、陽極電壓降、陰極電壓降、電解質(zhì)電壓降、母線電壓降和陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航怠?/p>

4.8.1鋁電解的節(jié)能措施

鋁電解的節(jié)能根本途徑是降低槽平均電壓和提高電流效率。提高電流效率的措施前文已提及，下面主要是降低槽平均電壓的措施：

鋁電解槽的槽工作電壓主要由以下幾部分組成：氧化鋁的實際分解電壓、陽

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 極電壓降、陰極電壓降、電解質(zhì)電壓降、母線電壓降和陽極效應(yīng)分?jǐn)傠妷航怠?/p>

（1）減小電解質(zhì)電壓降。

電解質(zhì)的電壓降與其電阻率、陽極浸入電解質(zhì)的表面積、鋁液鏡面面積、極間距離等因素有關(guān)。其中最主要的是電阻率和極間距離。

① 電解質(zhì)的電阻率

在工業(yè)電解槽內(nèi)經(jīng)常有碳渣，主要是從陽極上掉下來的，炭渣越細(xì)夾雜在電解質(zhì)里的數(shù)目越多，電解質(zhì)導(dǎo)電率所受的影響越大。所以，采用弱酸性電解質(zhì)并添加能夠減小電解質(zhì)對于炭粒濕潤性的物質(zhì)如CaF2和MgF2，使炭渣漂浮起來。

可以在預(yù)焙槽上用氧化鋁或電解質(zhì)顆粒覆蓋在陽極上保護(hù)陽極，而在自焙槽上放置淌糊。在電解質(zhì)里還有懸浮的固體氧化鋁也會增大電解質(zhì)的電阻率，所以應(yīng)嚴(yán)格控制其數(shù)量。另外，添加鋰鹽或NaCl也能夠提高電解質(zhì)的導(dǎo)電率。

② 適當(dāng)縮短極距

據(jù)工業(yè)電解槽測定，每1cm極距所對應(yīng)的電解質(zhì)電壓降，側(cè)插棒槽為400~450mV，預(yù)焙槽為300~330mV。因此，改進(jìn)槽體結(jié)構(gòu)材料，極距可大幅降低，進(jìn)而可節(jié)省電能。

（2）減小極化電壓

極化電壓包括理論可逆分解電壓、陽極過電壓和陰極過電壓等部分。可以增大陽極截面積以減小其電流密度，或者添加鋰鹽，增大陽極活性，在電解質(zhì)內(nèi)添加堿土金屬鹵化物，或添加AlF3、增大Al2O3濃度都有助于減小陽極過電壓。

（3）在現(xiàn)有的電解槽上加大導(dǎo)電母線的截面積

導(dǎo)線電壓降取決于其電阻率、電流密度和長度?？梢约哟髮?dǎo)線的截面積，減小電流密度，進(jìn)而使其電壓降減小。

（4）改善導(dǎo)體接觸點(diǎn)

在電解槽中，金屬導(dǎo)體之間的接觸點(diǎn)很多，所以消耗電能很大，需要改善。壓接點(diǎn)應(yīng)定期清刷，焊接點(diǎn)亦應(yīng)保持平整，可使電壓降減小。

（5）減小陽極電壓降

可以擴(kuò)大現(xiàn)有陽極的截面積，即充分利用槽殼增大陽極在槽膛內(nèi)的填充率。這樣在不增加鋁損失的情況下降低槽電壓。

（6）減小陰極電壓降

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 陰極電壓降是指從鋁液至陰極棒頭這段導(dǎo)體中的電壓降。改善陰極棒的電流分配狀況可以減小陰極電壓降。

（7）減小陽極效應(yīng)

發(fā)生陽極效應(yīng)所升高的平均電壓為：

?V效應(yīng)=k(V效應(yīng)?V工作)?效應(yīng)1440

減少陽極效應(yīng)次數(shù)并縮短效應(yīng)時間，可以節(jié)能省電。在生產(chǎn)上采取勤加工少下料的操作方法 以減少陽極效應(yīng)的發(fā)生。

（8）電介質(zhì)溫度

隨著電解質(zhì)溫度降低，會發(fā)生

① 靠近陰極的電解質(zhì)中溶解鋁的濃度降低；

② 黏度增大，陰極氣體體積減小，從而使擴(kuò)散層厚度增加； ③ 擴(kuò)散系數(shù)減小。

這些使溶解鋁擴(kuò)散速度減小，使鋁損失降低，提高電流效率。

5鋁的精煉 5.1鋁的純度分類

(1)原鋁。通常是指用熔鹽電解法在工業(yè)電解槽內(nèi)制取的鋁，其純度一般為99.5%~99.85%。

（2）精鋁。一般來自三層液精煉電解槽。在精煉槽內(nèi)，原鋁和銅配成的合金作為陽極，冰晶石-鋇鹽熔液作為電解質(zhì)，析出在陰極上的精鋁，其純度通常在99.99~99.999%。

（3）高純鋁。主要用區(qū)域熔煉法制取。選用精鋁作原料，得到雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過1×10-6的高純鋁。高純鋁還可用有機(jī)鋁化合物物電解與區(qū)域熔煉相結(jié)合的方法制取。

5.2鋁液凈化

往鋁液中通入惰性氣體(如氮?dú)?或活性氣體(氯氣)，可使鋁液中的固態(tài)夾雜物吸附在氣泡上，并隨氣泡上升至鋁液表面,最后在過濾層中分離。

凈化方法：在低溫（剛剛?cè)埸c(diǎn)以上）長時間靜止或通入氮?dú)饧右詳嚢?，?/p>

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 除氫。通入氯氣，與鋁反應(yīng)生成氯化鋁氣泡。比氮?dú)庑Ч谩?/p>

5.3鋁的精煉方法 5.3.1鋁的電解精煉原理

電解精煉的最終結(jié)果是從陽極合金中溶解出來，并在陰極上沉積，得到純度為99.99%的精鋁。在陽極合金的各種金屬元素當(dāng)中，只有鋁在陰極上溶解出來。陽極合金中，如銅、鐵、硅之類比不活潑的金屬元素，并不溶解，仍然殘留在合金內(nèi)。陽極上的電化學(xué)溶解反應(yīng)是：

Al?3e?Al3?

因此，電解液中除了原有的Al3+、Ba2+、Na+、F-、Cl-、AlF3-

6、AlF4-之外，增加了上述反應(yīng)中的鋁離子Al3+。

遷往陰極的各種陽離子中，鋁的電極電位比較正，故Al3+優(yōu)先在陽極上獲得電子，析出金屬鋁：

Al3??3e?Al

而其余的各種陽離子，如Ba2+，Na+之類，并不放電。但是電解質(zhì)本身所含的電位比鋁更正的元素，例如Si和Fe，卻會在陰極上析出，使鋁的純度降低。

5.3.2鋁的偏析法精煉原理

一般當(dāng)原鋁從熔融狀態(tài)下徐緩冷卻，到達(dá)其初晶點(diǎn)時，結(jié)晶析出純度很高的鋁粒，然后將此種鋁粒跟剩余的鋁液分離，便得到所要求的偏析法產(chǎn)物，可從99.8%的原鋁中提取到純度為99.95%的鋁，其提取率為5~10%。

偏析法精煉鋁具有產(chǎn)量大、能耗低、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法生產(chǎn)的精鋁純度較低。

5.3.3 區(qū)域熔煉法制取高純鋁

在鋁的凝固過程中，雜質(zhì)在固相中的溶解度小于在熔融金屬中的溶解度，因此，當(dāng)金屬凝固時，大部分雜質(zhì)將匯聚在熔區(qū)內(nèi)。如果逐漸移動熔區(qū)，則雜質(zhì)會跟著轉(zhuǎn)移,最后富集在試樣的尾部。這種方法的分離效果取決于元素的分配系數(shù)。

分配系數(shù)是指雜質(zhì)元素在固相中和在液相中的質(zhì)量分配比率。分配系數(shù)小于1的雜質(zhì)元素在區(qū)域熔煉中富集在試樣的尾部；分配系數(shù)大于1的雜質(zhì)元素在區(qū)

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 域熔煉中富集在試樣的頭部；分配系數(shù)等于1的雜質(zhì)元素在區(qū)域熔煉中難以分離。

金屬鋁的生產(chǎn)方法新進(jìn)展 參考文獻(xiàn)

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第三篇：鋁三角教案

第三講 鋁及其化合物

第三課時 用數(shù)形結(jié)合思想理解Al3＋、Al(OH)

3、AlO－2之間轉(zhuǎn)化關(guān)系

一．Al3＋、Al(OH)

3、AlO－2之間轉(zhuǎn)化關(guān)系 【課堂練習(xí)】寫出下列化學(xué)反應(yīng)的離子方程式

①氯化鋁溶液與氨水反應(yīng)：_________________________________________________ ②氯化鋁溶液與少量的氫氧化鈉：___________________________________________ ③氯化鋁溶液與偏鋁酸鈉溶液混合：_________________________________________ ④氫氧化鋁與過量的氫氧化鈉溶液混合：_____________________________________ ⑤氯化鋁溶液與過量的氫氧化鈉溶液混合：____________________________________

⑥偏鋁酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳：_______________________________________ ⑦偏鋁酸鈉溶液中滴加少量的鹽酸：____________________________________________ ⑧氫氧化鋁與鹽酸混合：_________________________________________________ ⑨偏鋁酸鈉溶液中加入過量的鹽酸：____________________________________________ 【知識歸納】Al3＋、Al(OH)

3、AlO－2之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

Al

3＋

AlO－2 Al(OH)3

【知識運(yùn)用】

二．與Al(OH)3沉淀生成有關(guān)的計算及圖像分析

(1)把強(qiáng)堿溶液逐滴加入到鋁鹽(Al)溶液中至過量

①現(xiàn)象：先有_____________________，③ 圖 像

然后_____________________。

②有關(guān)反應(yīng)：

A→B：_________________________________ B→D：_________________________________

3＋(2)把鋁鹽(Al)溶液逐滴加入到強(qiáng)堿溶液中至過量

①現(xiàn)象：先__________________________，③ 圖 像

然后________________________。

②有關(guān)反應(yīng)：

A→B：Al＋4OH===AlO2＋2H2O B→C：Al＋3AlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓(3)把強(qiáng)酸溶液逐滴加入到AlO2溶液中至過量

①現(xiàn)象：先______________________，③ 圖 像

隨后____________________。

②有關(guān)反應(yīng)：

A→B：____________________________ B→D：____________________________(4)向強(qiáng)酸溶液中逐滴加入AlO2溶液至過量

①現(xiàn)象：先無明顯現(xiàn)象，③ 圖 像 反應(yīng)一段時間后逐漸產(chǎn)生白色沉淀。②有關(guān)反應(yīng)：

A→B：4H＋AlO2===Al＋2H2O B→C：Al＋3AlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓

(5)向明礬溶液中逐滴加入Ba(OH)2溶液至過量

①現(xiàn)象：先有白色沉淀生成，然后部分沉淀溶解。

③ 圖

像 ②有關(guān)反應(yīng)：

O→A：2KAl(SO4)2＋3Ba(OH)2===2Al(OH)3↓＋3BaSO4↓＋K2SO4 A→B：2Al(OH)3＋K2SO4＋Ba(OH)2===BaSO4↓＋2KAlO2＋4H2O

(6)往等物質(zhì)的量的AlCl3、MgCl2混合溶液中加入NaOH溶液至過量 ①現(xiàn)象：開始出現(xiàn)白色沉淀 ③ 圖 像 ?后沉淀量增多?沉淀部分溶解 ②有關(guān)反應(yīng)：

O→A：Al＋3OH===Al(OH)3↓，Mg＋2OH===Mg(OH)2↓ A→B：Al(OH)3＋OH===AlO2＋2H2O －

－2＋－3＋－3＋－＋－

3＋

－－3＋－3＋－

－3＋【知識運(yùn)用】

第四篇：《金屬與酸和水的反應(yīng)、鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)》參考教案

第一節(jié) 金屬的化學(xué)性質(zhì)

第2課時 金屬與酸和水的反應(yīng) 鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)

【教學(xué)目標(biāo)】：

1、通過學(xué)習(xí)鈉、鋁、鐵分別與水的反應(yīng)，找出與水反應(yīng)的相同點(diǎn)和差異

2、根據(jù)鈉、鋁、鐵與水的反應(yīng)情況差異，找出其本質(zhì)原因 【教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)】：鈉與水的反應(yīng)、鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng) 【教學(xué)過程】

【板書】

二、金屬與水的反應(yīng)

【講述】鈉除了能與氧氣反應(yīng)之外，能否跟水反應(yīng)呢？其他的金屬能否與水反應(yīng)呢？這節(jié)課我們就來探究金屬與水反應(yīng)的問題。我們來做一下鈉與水反應(yīng)的實驗，看看鈉到底能不能跟水反應(yīng)呢？反應(yīng)又能生成什么物質(zhì)？

【演示實驗1】 在小燒杯中加入約1/2的水，滴入1～2滴酚酞溶液，將切好的鈉投入到水中，蓋上表面皿，觀察現(xiàn)象。

★觀察時應(yīng)注意幾方面內(nèi)容：鈉在水中的哪個部位反應(yīng)，形態(tài)有何變化，如何運(yùn)動，發(fā)出怎樣的聲音，溶液顏色有何變化？

實驗現(xiàn)象：

1、鈉投入水里后，浮在水面上

2、鈉立即跟水反應(yīng)，并有氣體產(chǎn)生，同時鈉熔化成閃亮的小圓球。

3、小圓球在水面上向各個方向迅速游動

4、有嘶嘶的聲音發(fā)出，最后小圓球消失

5、反應(yīng)后的滴有酚酞的水溶液變紅色 實驗結(jié)論：

1、因為鈉的密度比水小。

(浮)(熔)(游)

2、鈉與水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，且鈉的熔點(diǎn)較低

3、鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生氣體，推動小球迅速游動；

4、產(chǎn)生的氫氣與水摩擦、與空氣中的氧氣化合、反應(yīng)放熱等，從而發(fā)出響聲。(響)

5、說明鈉與水反應(yīng)生成了堿

(NaOH)

(紅)【說明】：①鈉與水的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，鈉是還原劑，水是氧化劑，其

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電子轉(zhuǎn)移：

失去2×e0+1－，被氧化2Na + 2H2O2NaOH + H2↑－得到2×e，被還原+10

②鈉與水的反應(yīng)是鈉原子和水電離出來的氫離子反應(yīng)即該反應(yīng)屬于離子反應(yīng)。

其離子方程式： 2Na+2H2O2Na++2OH－+H2↑

③鈉的保存：實驗室中的鈉需保存在煤油中，其原因有：（1）鈉與空氣中的氧氣反應(yīng)；（2）鈉與水反應(yīng)；（3）鈉不與煤油反應(yīng)，且其的密度大于煤油的密度。

【思考】根據(jù)金屬活潑順序，鈉排在銅的前面，那么金屬鈉能否從CuSO4溶液中置換出單質(zhì)銅？推測可能出現(xiàn)的現(xiàn)象。

【演示實驗2】在燒杯中加入約20ml的CuSO4溶液，將切好的鈉投入到其中，蓋上表面皿，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：除鈉與水的反應(yīng)現(xiàn)象外，還產(chǎn)生藍(lán)色絮狀沉淀

【結(jié)論】鈉與鹽溶液反應(yīng)不能置換出金屬，實際上是將鈉投入鹽溶液中，首先鈉與水反應(yīng)，然后生成的氫氧化鈉再與鹽反應(yīng)生成難溶的堿。

【問題討論】

1、鈉既能與氧氣反應(yīng)，又能與水反應(yīng)，那么鈉應(yīng)該如何保存呢？

隔絕空氣，保存在煤油中

2、已知鈉和四氯化碳不能反應(yīng)，四氯化碳的密度比鈉大，那么鈉能否保存在四氯化碳中？

不能保存在四氯化碳中，浮在上面

3、鈉著火應(yīng)該怎么撲滅？用水行嗎？泡沫滅火器呢？

鈉能與水反應(yīng)，同時產(chǎn)生易燃的氫氣并放出大量的熱，鈉也能在二氧化碳中燃燒，所以鈉著火，不能用水、泡沫滅火器、干粉滅火器滅火，應(yīng)用沙子壓滅。

鈉是活潑金屬，能夠和水反應(yīng)，那么鐵能否和水反應(yīng)呢？平常我們何以用鐵鍋來煮水，說明鐵是不能和冷水和熱水反應(yīng)的。但是能否與水蒸氣反應(yīng)呢？閱讀課本P50的內(nèi)容。

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【科學(xué)探究】

可用以下三種實驗裝置中的任意一種探究鐵與水蒸氣的反應(yīng)。

【思考】鐵與水的反應(yīng)中，如果將實驗中的還原鐵粉換成鐵片或鐵釘，反應(yīng)能否發(fā)生？

不能，鐵釘與水蒸氣的接觸面積小。【小結(jié)】金屬與水反應(yīng)的規(guī)律是：

（1）K、Ca、Na等金屬和冷水作用，生成可溶性堿和H2。2Na + 2H2O=2NaOH + H2↑

（2）Mg和冷水反應(yīng)緩慢，與沸水迅速反應(yīng)，Al與冷水很難反應(yīng)，與沸水能反應(yīng)，生成不溶性堿和氫氣。

Mg + 2H2O === Mg(OH)2 + H2↑

（3）Zn、Fe、Sn、Pb和高溫水蒸氣反應(yīng)，生成不溶性氧化物和H2。3Fe + 4H2O(g)=== Fe3O4 + 4H2 Zn + H2O(g)=== ZnO + H2

（4）Cu、Hg、Ag、Pt、Au不與水反應(yīng)?！景鍟?/p>

三、鋁與鹽酸及氫氧化鈉溶液的反應(yīng) 【實驗3—4】鋁與鹽酸、氫氧化鈉溶液的反應(yīng) 現(xiàn)象：均有氣泡產(chǎn)生

方程式： 2Al+6H+=2Al3++3H2?

（常溫下與遇濃H2SO4，濃HNO3鈍化，加熱時反應(yīng)不放出H2?）2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2?

【講述】Al與NaOH反應(yīng)的實質(zhì)是Al的表面有一層氧化膜(氧化鋁)，能與NaOH反應(yīng)而除去，從而使鋁裸露出來與水反應(yīng)生成Al(OH)3，Al(OH)3和NaOH

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反應(yīng)生成NaAlO2，促進(jìn)Al和水的反應(yīng)而溶解，因此水是氧化劑。該反應(yīng)也可以分兩步寫出：

2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2↑ 2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O 失6e－2Al + 2NaOH + 6H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑+ 4H2O得6e－

【應(yīng)用】鋁制容器不宜蒸煮或長時間盛放酸性、堿性或咸的食物?！菊n外閱讀】鋁對人體的毒性效應(yīng)

鋁是自然界最常見的元素，也是地殼中分布廣泛，含量高達(dá)8.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，僅次于氧和硅，多以硅鋁酸鹽的形式存在于礦物、巖石、粘土和土壤中，在生物體內(nèi)鋁的含量很少，被稱為微量元素。過去很長時間內(nèi)認(rèn)為鋁是無毒元素，鋁對環(huán)境的污染，對人類健康的影響一直未被引起注意，但隨著近代對鋁礦的開采，煉鋁工業(yè)的發(fā)展，鋁及鋁的合金和化合物已遍及國防、科研、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各個部門，并已進(jìn)入千家萬戶。這一方面給人類社會帶來了現(xiàn)代化的舒適和方便，但也給人類生活帶來了一定的危害。

長期以來鋁一直被認(rèn)為是無毒元素，鋁制烹調(diào)器皿、含鋁膨松劑、發(fā)酵粉、凈水劑的使用也均未發(fā)現(xiàn)鋁的直接毒性，大劑量的口服含鋁藥物也無顯著的毒性反應(yīng)，也就是說鋁無直接的毒性效應(yīng)。但近幾年的研究表明，鋁可以擾亂生物體的代謝作用，造成長期地、緩慢地對人類健康的危害。

鋁對土壤的污染可引起對植物的毒性效應(yīng)，鋁對水體的污染可引起對水生生物的毒性效應(yīng)，這些毒性效應(yīng)也可間接對人體產(chǎn)生毒性效應(yīng)。下面就鋁對人體直接產(chǎn)生的毒性加以簡述：

一、鋁進(jìn)入人體的渠道

1、含鋁凈水劑的使用

自19世紀(jì)末葉美國首先將硫酸鋁用于給水處理以來，一直被廣泛應(yīng)用，在最早時中國人也有用明礬凈水的習(xí)慣。目前世界各國水廠多采用鋁鹽(如硫酸鋁、明礬、聚硫酸鋁、聚氯化鋁)對飲用水進(jìn)行凈化，這些可溶性酸性的水(用漂白粉或氯氣消毒的自來水)更易使Al3+溶出隨飲用水進(jìn)入人體。1983年美國國家環(huán)保局對200個水廠調(diào)查表明，用硫酸鋁作為混凝劑的50%水廠自來水中含鋁量在 4 / 6

0.12mg/L以下，未處理的水為0.96mg/L。1986年美國自來水協(xié)會調(diào)查表明，25%的水廠自來水均含鋁0.2mg/L，處理水為0.25mg/L，而自來水中含鋁量高達(dá)0.41mg/L的水廠中82%為用石灰調(diào)pH值，鋁含量平均為0.026mg/L的水廠只有35%的石灰調(diào)pH。這表明水的凈化處理技術(shù)對自來水中鋁的殘留量有很大的影響。

2、含鋁膨松劑的作用

目前常用的膨松劑有明礬和磷鋁酸鈉(Na3Al(PO)4)2，在制作油條、粉絲等膨化食品時加入，隨食用Al3+進(jìn)入人體。

3、鋁制炊具的不當(dāng)使用

在使用鋁制炊具時接觸酸(醋)、堿、鹽等也可以使大量Al3+溶出進(jìn)入食物中。又如我們習(xí)慣用鋁鍋燒開水，此水中鋁含量大于216?g/L，最高可達(dá)4631?g/L，比自來水和鐵壺煮水高出9~190倍。

4、飲茶及含鋁藥劑的使用

飲茶雖有利健康，但多種茶葉中含鋁量也很高，如綠茶含403.31?g/L，紅茶已含485.79?g/L，花茶含319.06?g/L，在茶葉的泡制過程中Al3+會溶出進(jìn)入人體。血液透析時透析液含鋁多，也可引起鋁在體內(nèi)滯留；長期使用氫氧化鋁胃藥也會造成鋁在人體內(nèi)的蓄積，但這不是主要的。

二、鋁對人體的毒性效應(yīng)

正常人體含鋁量50~100mg，人體攝入的鋁99.7%來自食品、飲水和飲料，每天從飲食中攝取鋁平均45mg左右。進(jìn)入胃腸道的鋁吸收率為0.1%，大部分隨糞便排出體外，少量的鋁經(jīng)腸道吸收人體。近10年來人們發(fā)現(xiàn)了鋁的毒性，并引起了重視。普遍認(rèn)為鋁的毒性主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害，臨床上鋁中毒的表現(xiàn)主要有鋁性腦病、鋁性胃病和鋁性貧血等，老年性癡呆癥的發(fā)生增多就與鋁在體內(nèi)的積累有關(guān)，醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)該病的病人腦組織中含有高濃度的鋁。將AlCl3注入貓腦等動物實驗也證實了這一點(diǎn)。原因是神經(jīng)元吸收鋁后，鋁進(jìn)入神經(jīng)核內(nèi)，改變了細(xì)胞的骨架，影響染色體而產(chǎn)生病變，造成蛋白質(zhì)的生化代謝的紊亂，導(dǎo)致癡呆病的發(fā)生。

鋁在人體內(nèi)還能干擾磷的代謝，鋁在腸道內(nèi)可與磷酸鹽形成不溶性的AlPO4，阻止腸道對磷的吸收，從而使血液中和其它組織內(nèi)磷的總量送還和，磷

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在生物體內(nèi)起著舉足輕重的作用，磷的缺少會引起機(jī)體的代謝紊亂，也會影響機(jī)體對鈣的吸收，造成機(jī)體脫鈣的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致骨軟化癥。另外，Al3+能取代重要酶及生物分子上的Mg2+，與生物配體形成比Mg2+更穩(wěn)定的化合物，抑制Mg2+依賴酶的活性。Mg2+對神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用，低鎂時神經(jīng)肌肉興奮性增強(qiáng)，因此，一旦Al3+取代Mg2+，將引起機(jī)體代謝的不平衡，造成神經(jīng)系統(tǒng)等各方面的疾患。

總之，鋁在人體中引起的毒性是緩慢的，長期的，不易覺察的，但是一旦發(fā)生代謝紊亂的毒性反應(yīng)，則后果是嚴(yán)重的，是不可恢復(fù)的。

三、控制鋁對人體危害的有效途徑

(1)迄今為止，自來水工業(yè)普遍采用鋁鹽凈化飲用水，國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)方法制得飲用水含量比原水一般高出1~2倍，這對人體可能構(gòu)成一定的不良影響，因此水的凈化處理技術(shù)有待于進(jìn)一步改進(jìn)。

(2)少施或不施酸性化肥如硫銨[(NH4)2SO4]，氯化銨(NH4Cl)等，降低土壤的酸度，使Al3+盡量少釋放，以免影響作物的生長。我國在這方面也多有改進(jìn)，多生產(chǎn)尿素、碳銨等中性肥料和腐植酸類肥料。

(3)鋁對環(huán)境的污染與酸雨有關(guān)，我國南方等地酸雨現(xiàn)象比較突出，酸雨可使工業(yè)含鋁污泥和土壤中的鋁轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄凿X，從而給作物帶來毒害及水體污染。我國正發(fā)展排煙脫硫的化學(xué)方法，控制SO2的排放，以便減少酸雨的降落。

(4)改良不合理的飲食習(xí)慣，盡量減少Al3+的人口渠道，丟掉傳統(tǒng)油條膨松劑的使用，治療胃病的藥物盡量避開Al(OH)3的制劑，改用胃動力藥。

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第五篇：《金屬》復(fù)習(xí)教案

《金屬的性質(zhì)》復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計

杞縣一高附中 孫巖

一、教學(xué)目標(biāo):

1、了解金屬一些物理性質(zhì)。

2、認(rèn)識常見金屬與氧氣、與酸、與鹽溶液的反應(yīng)；能利用金屬活動性順序表對有關(guān)反應(yīng)能否發(fā)生進(jìn)行簡單的判斷。

二、重點(diǎn)：金屬的化學(xué)性質(zhì)。

三、難點(diǎn)：金屬活動性順序及靈活運(yùn)用。

四、教學(xué)方法：問答、歸納、練習(xí)設(shè)計相結(jié)合。

五、教具：多媒體及課件。

六、教學(xué)過程：

一、金屬的物理性質(zhì)：如導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性等等，讓學(xué)生回憶、回答

二、金屬的化學(xué)性質(zhì)：

1、金屬與氧氣的反應(yīng)

2、金屬與酸的反應(yīng)

3、金屬與某些鹽溶液的反應(yīng)

讓學(xué)生邊思考、邊總結(jié)、邊回答，并且共同做一下練習(xí)題。

三、金屬活動性順序：這里是重難點(diǎn)，應(yīng)詳細(xì)講解、技巧記憶，加深理解，并讓學(xué)生學(xué)會靈活應(yīng)用。與學(xué)生一起完成習(xí)題。

四、講例題、做練習(xí)。使本節(jié)課的知識點(diǎn)得到延伸。