铝电解的基础知识.docx

章节1铝电解的基础知识课时12课时教学方法教学目标：1、要求学生掌握铝的性质和用途。2、掌握电解铝的两极主反应和副反应。3、掌握电解质的性质4、掌握铝电解的工艺流程重点： 铝电解的工艺流程难点：电解铝的两极主反应和副反应，化学反应和化学方程式的书写教学内容：1.1铝的性质与用途铝是自然界中分布极广的元素之一，地壳中铝的含量为7.35%，仅次于氧和硅而居第三位。由于铝是化学性质极为活泼的元素，所以在自然界中未发现单质的金属铝，而是以铝的各种化合物存在。铝土矿是现在的主要炼铝原料，此外还有明矾石等，世界铝土矿总储量320亿吨以上，我国山西、河南、山东和广西等地蕴含着丰富的铝土矿。从铝土矿或其他含铝原料中生产氧化铝，实质上是将矿石中的Al2O3与SiO2、Fe2O3、TiO2等杂质分离的过程。铝是一种具有银白色光泽的金属，常温下其比重只有2.7 g/cm3,是一种轻有色金属，它的主要特性如表1－1。 原子序数13密度（g/cm3）2.699(固)、2.3(液)原子价＋3溶点（℃）659沸点（℃）2467熔化盐（J/ g）386.6导热系数（J/cm·S·℃）2.08（固，20℃）、2.18（固，200℃）导电系数（10-4Ω-1·cm-1）36～37（20℃）电化学当量（g/A·h）0.3356（A·h/g）2.980铝可与许多金属形成合金,某些铝合金的机械强度很高,而且仍保持着质轻的优点,因此铝被广泛用于制造飞机的外壳、火车、汽车的车箱，以及快速转动的零部件等。铝是一种优良的导电材料，仅次于金、银、铜、水银。然而，与单位重量导电性而议，铝比其他任何金属的导电性都好。按照传导等量电流计算，铝的导电截面是铜的1.6倍，而重量只有铜的一半。因此铝广泛用于电气工业和无线电工业。铝具有良好的导热性，反光性。铝的导热性是不锈钢的10倍，它是制造活塞，热交换器，饭锅，电烫斗等传热设备的理想材料。同时利用铝具有良好的反光和热的性能，制造反光镜，隔热板，又可用来制作保温材料。铝极富延展性，很容易进行机械加工，轧制，切削，拉丝，压延，锻造等。铝具有良好的防腐性能。铝在空气中表面生成一层致密、光亮、坚硬、透明的氧化铝薄膜，起到天然保护层作用。所以，铝是经久耐用的建筑材料，在建筑业和装饰业上获得广泛应用。铝没有毒性，用它来包装食品及化学用品不会影响味道和质量，对人体不会带来危害。铝不带磁性，也不会产生附加磁性，故广泛用来制造精密仪器。总之，铝是当今电力、冶金、轻工、化工、航空航天、机械、建筑、食品等许多行业不可缺少的重要原材料，它和钢铁一样，已成为现代经济起飞的基础。铝的优异性能和丰富藏量，将使铝工业成为最有前途的重要产业之一。1.2炼铝方法的发展历程炼铝的历史可分为两个阶段，分别为化学法炼铝阶段与电解法炼铝阶段。尽管在自然界中含有极为丰富的铝，但铝第一次制取出来却是不到二百年前的事。1825年丹麦的厄尔施泰（H·C·Oersted）在实验室中用钾汞齐还原无水氯化铝（AlCl3）,在世界上第一次得到铝。1845年法国人戴维尔（H·S·Deville）用钠还原NaCl·AlCl3混合盐也得到金属铝，并在法国进行小规模生产。到1877年电解法投产以前，世界上仅用化学法生产金属铝，这一阶段，铝产量极低，使铝成为世界上极为昂贵的金属之一。1886年，美国的霍尔和法国的埃鲁特发明了冰晶石—氧化铝熔盐电解法炼铝，很快电解铝取代了化学法，而且产量迅速提高，成本迅速下降，到目前为止的百年间，铝工业发展成为仅次于钢铁工业的第二大金属冶炼工业。1.3现代铝电解的基本原理电解法炼铝就是冰晶石一氧化铝融盐电解法，它是以冰晶石作为溶剂，氧化铝为熔质，强大的直流电通入电解槽内，在阴极和阳极上起电化学反应。电解产物，阴极上是铝液，阳极上是CO2和CO气体(炭素作阳极)，这种方法就是电解法炼铝。1.3.1阴极过程A13+ (络合的) +3e=Al（液）1.3.1.2阴极副反应在铝电解过程中,除前面讲的两极主反应外,同时在两极上还发生着一些复杂的副反应.这些副反应对生产有害无益,生产中应尽量加以遏制。⑴ 阴极副反应① 铝在电解质中的溶解反应和损失:在铝电解过程中，处于高温状态下的阴极铝液和电解质的接触面上，必然有析出的铝溶解在电解质中，一般认为，阴极铝液在电解质里的溶解有以下几种情况：a. 溶解在熔融冰晶石中的铝，生成低价铝离子和双原子的钠离子。 2Al+Al3＋＝3Al＋ Al+6Na＋＝Al3＋+3Na2＋ 在碱性电解质中，铝与氟化钠发生置换反应。 Al＋3NaF＝AlF3＋3Na2＋ 铝以电化学反应形式直接溶解进入电解质熔体中。 Al(液)－e＝Al＋ ② 金属钠的析出:在阴极的主反应是析出铝而不是钠,因为钠的析出电位比铝低。但随着温度升高，电解质分子比增大，氧化铝浓