鋁及其重要化合物

一、鋁

1．物理性質(zhì)：銀白色有金屬光澤的固體，有良好的延展性、導(dǎo)電性和傳熱性等，密度較小，質(zhì)地柔軟。

2．化學(xué)性質(zhì)：

（1）與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)：

①鋁與O₂反應(yīng)：Al+3O₂2Al₂O₃（在純氧中，劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光）

②鋁與S反應(yīng)：2Al+3SAl₂S₃

③鋁與Cl₂反應(yīng)：2Al＋3Cl₂2AlCl₃

（2）與金屬氧化物的反應(yīng)（鋁熱反應(yīng)）：2Al+Fe₂O₃2Fe+Al₂O₃  ；

                                     4Al+3MnO₂3Mn+2Al₂O₃

（3）鋁與非氧化性酸反應(yīng)：

2Al + 6HCl ===2Al Cl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO_{4 ===}Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

（4）鋁與氧化性酸反應(yīng)：遇冷的濃硫酸或濃硝酸鈍化。在加熱條件下可與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)但無(wú)H₂產(chǎn)生。

（5）鋁與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)：鋁和堿溶液反應(yīng)，不是直接和堿反應(yīng)，而是鋁先和強(qiáng)堿溶液中的水反應(yīng)生成Al(OH)₃，然后Al(OH)₃再和強(qiáng)堿反應(yīng)生成偏鋁酸鹽。

2Al＋6H₂O2Al(OH)₃＋3H₂↑，

   Al(OH)₃＋NaOH2NaAlO₂＋2H₂O

總反應(yīng)化學(xué)方程式為：

2Al＋2H₂O＋2NaOH2NaAlO₂＋3H₂↑

其中氧化劑只是H₂O，而不是NaOH。

3．制備：

工業(yè)上采用電解法：2Al₂O₃4Al＋3O₂↑

4．用途：純鋁用作導(dǎo)線（不能用作電纜線），鋁合金用于制造汽車(chē)、飛機(jī)、生活用品等。

二、氧化鋁

（1）物理性質(zhì)：高熔點(diǎn)，高沸點(diǎn)，高硬度，難溶于水的白色固體。

（2）化學(xué)性質(zhì)：氧化鋁難溶于水，卻能溶于酸或強(qiáng)堿溶液中。

Al₂O₃ + 6HCl =2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O

因此說(shuō)Al₂O₃是兩性氧化物（既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的金屬氧化物。）

（3）用途：熔點(diǎn)很高，是一種比較好的耐火材料，還可以制作各種寶石。

三、氫氧化鋁

（1）物理性質(zhì)：白色膠狀不溶于水的固體，有較強(qiáng)的吸附性。

（2）化學(xué)性質(zhì)：

【實(shí)驗(yàn)3-1】在試管里加入10mL 0.5mol/L的Al₂(SO₄)₃溶液，滴加氨水，生成白色膠狀沉淀，繼續(xù)滴加氨水，直到不再產(chǎn)生沉淀為止。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：滴加氨水生成白色沉淀、沉淀不溶解

結(jié)論：

Al₂(SO₄)₃+6NH₃·H₂O=2Al(OH)₃↓+3(NH₄)₂SO₄

 Al³⁺+3 NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄⁺

①兩性：

【實(shí)驗(yàn)3-2】取上面實(shí)驗(yàn)中制得的Al(OH)₃沉淀，分裝在2支試管里，往一支試管里滴加2mol/L鹽酸，往另一支試管里滴加2mol/L NaOH溶液，邊加邊振蕩，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：沉淀在兩只試管里均完全溶解。

結(jié)論：Al(OH)₃既可以與鹽酸反應(yīng)，又可以與NaOH溶液反應(yīng)，它是兩性氫氧化物（既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物為兩性氫氧化物）。

Al(OH)₃＋3H⁺=Al³⁺＋3H₂O

Al(OH)₃＋OH^-=AlO₂^-＋2H₂O

Al(OH)₃具有兩性的原因是Al(OH)₃在水中存在兩種電離趨勢(shì)：
Al³⁺+3OH^-Al(OH)₃H⁺+ AlO₂^-+H₂O 
②不穩(wěn)定性：2Al(OH)₃Al₂O₃＋3H₂O

（3）實(shí)驗(yàn)室制法：

①向鋁鹽中加入氨水，離子方程式：Al³⁺＋3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓＋3NH4＋。

②NaAlO₂溶液中通入足量CO₂，離子方程式：AlO2－＋CO₂＋2H₂O=Al(OH)₃↓＋HCO3－。

③NaAlO₂溶液與AlCl₃溶液混合：3AlO2－＋Al³⁺＋6H₂O=4Al(OH)₃↓。

Al(OH)₃是一種兩性氫氧化物，可以溶入強(qiáng)酸，也可以溶入強(qiáng)堿溶液，因此Al(OH)₃也寫(xiě)成H₃ AlO₃（鋁酸）的形式。但太弱的酸（如H₂CO₃）或太弱的堿（如NH₃·H₂O）與Al(OH)₃是不發(fā)生反應(yīng)的。

四．鋁鹽

（1）硫酸鋁鉀：由兩種不同的金屬離子和一種酸根離子組成的復(fù)鹽。化學(xué)式為KAl(SO₄)₂·12H₂O，它是無(wú)色晶體，可溶于水，水溶液pH<7。

①硫酸鋁鉀在水溶液中的電離方程式為KAl(SO₄)₂=K⁺+Al³⁺+2SO₄^2-。

②帶有十二個(gè)結(jié)晶水的硫酸鋁鉀稱(chēng)為十二水合硫酸鋁鉀，俗稱(chēng)明礬，化形式為KAl(SO₄)₂·12H₂O，它是無(wú)色晶體，可溶于水。由于Al³⁺能水解生成具有強(qiáng)吸附性的膠體：Al³⁺+3H₂O=3H⁺+Al(OH)₃，故明礬是一種常用的凈水劑。

明礬中含有Al³⁺和SO₄^2-，向明礬溶液中滴入Ba(OH)₂溶液，

當(dāng)Al³⁺ 恰好完全沉淀時(shí)，離子方程式為3Ba²⁺ +6OH^? +3SO₄^2-+2Al³⁺===2Al(OH)₃↓+3BaSO₄↓，此時(shí)SO₄^2-只沉淀了總量的四分之三，總的沉淀的物質(zhì)的量達(dá)到最大；

當(dāng)SO₄^2-完全沉淀時(shí)，離子方程式為Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+4OH^?=2BaSO₄↓+AlO₂^-+2H₂O，此時(shí)Al³⁺ 恰好完全轉(zhuǎn)化為AlO₂^-，總的沉淀的質(zhì)量達(dá)到最大。

（2）AlCl₃：

【實(shí)驗(yàn)探究1】向AlCl₃溶液中滴加NaOH溶液至過(guò)量。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀又逐漸溶解。

反應(yīng)方程式：

A→B：AlCl₃+3NaOH=Al(OH)₃↓+3NaCl，

B→D：Al(OH)₃＋NaOH=NaAlO₂＋2H₂O

離子方程式為：

A→B：Al³⁺+3OH^- =Al(OH)₃↓

B→D：Al(OH)₃↓+OH^- = AlO₂^-+2H₂O

總反應(yīng)離子方程式為：Al^3＋＋4OH^－AlO₂^-＋2H₂O 圖象如下圖（1）。

【實(shí)驗(yàn)探究2】向NaOH溶液中滴加AlCl₃溶液至過(guò)量。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始無(wú)沉淀，過(guò)一會(huì)出現(xiàn)白色沉淀且不溶解。

反應(yīng)方程式為：

A→B：AlCl₃+4NaOH=NaAlO₂+3NaCl+2H₂O，

B→C：3NaAlO₂+AlCl₃+6H₂O=4Al(OH)₃↓+3NaCl，

離子方程式為：

A→B：Al³⁺+4OH^-= AlO₂^-+2H₂O，

B→C：3 AlO₂^-+Al³⁺+6H₂O=4Al(OH)₃↓ 圖象如下圖（2）。

（3）NaAlO2：

【實(shí)驗(yàn)探究3】向NaAlO₂溶液中滴加鹽酸溶液至過(guò)量。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀逐漸溶解。

化學(xué)方程式為：

A→B：NaAlO₂+HCl+H₂O=NaCl+Al(OH)₃↓

B→D：Al(OH)₃+3HCl=AlCl₃+3H₂O

離子方程式為：

A→B：AlO₂^-+H⁺+H₂O=Al(OH)₃↓

B→D：Al(OH)₃+3H⁺=Al³⁺+3H₂O，圖象如下圖（3）。

【實(shí)驗(yàn)探究4】向鹽酸溶液中滴加NaAlO₂溶液至過(guò)量。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始無(wú)沉淀，過(guò)一會(huì)出現(xiàn)白色沉淀且不溶解。

化學(xué)方程式為：

A→B：NaAlO₂+4HCl=NaCl+AlCl₃+2H₂O

B→C：3NaAlO₂+AlCl₃+6H₂O=4Al(OH)₃↓+3NaCl

離子方程式為：

A→B：AlO₂^-+4H⁺=Al³⁺+2H₂O

B→C：3 AlO₂^-+Al³⁺+6H₂O=4Al(OH)₃↓，圖象如下圖（4）。

【實(shí)驗(yàn)探究5】向AlCl₃溶液中滴加氨水至過(guò)量。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向AlCl₃溶液中滴加氨水至過(guò)量時(shí)溶液中出現(xiàn)沉淀且不消失

化學(xué)方程式為：AlCl₃+3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄Cl

離子方程式為：Al³⁺＋3NH₃·H₂OAl(OH)₃↓＋3NH₄⁺

【實(shí)驗(yàn)探究6】向NaAlO₂溶液中通入CO₂氣體至過(guò)量，

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：向NaAlO₂溶液中通入CO₂至過(guò)量，溶液中出現(xiàn)白色沉淀且不消失。

化學(xué)方程式為：NaAlO₂+2H₂O+CO₂=Al(OH)₃↓+NaHCO₃

離子方程式為：AlO₂^-＋CO₂＋2H₂OAl(OH)₃↓＋HCO₃^-

【實(shí)驗(yàn)探究7】往等物質(zhì)的量的AlCl₃、MgCl₂混合溶液中加入NaOH溶液至過(guò)量

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開(kāi)始出現(xiàn)白色沉淀，后沉淀量增多，最后沉淀部分溶解。

離子方程式為：

O→A：Al³⁺＋3OH^－=Al(OH)₃↓，

      Mg²⁺＋2OH^－=Mg(OH)₂↓

A→B：Al(OH)₃＋OH^－=AlO₂^-＋2H₂O  圖象如下圖（5）。

@知識(shí)拓展

一、“鋁三角”的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用

1．Al³⁺、Al(OH)₃、AlO₂^-之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

2．應(yīng)用

（1）制取Al(OH)₃：

A1³⁺+3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓+3NH₄⁺ 

3AlO₂^-+Al³⁺ +6H₂O =4Al(OH)₃↓  

AlO₂^-+CO₂ +2H₂O = Al(OH)₃↓+HCO₃^－

（2）離子共存問(wèn)題：

Al³⁺與OH^-、S^2-、HS^-、AlO₂^-、CO₃^2-、HCO₃^-因雙水解反應(yīng)或生成沉淀而不能大量共存；

AlO₂^-與H⁺、NH₄⁺、Al³⁺、Fe³⁺等不能大量共存。

（3）鑒別（利用滴加順序不同，現(xiàn)象不同）

①AlCl₃溶液中滴加NaOH溶液現(xiàn)象為：先產(chǎn)生白色沉淀，后沉淀溶解。

②NaOH溶液中滴加AlCl₃溶液現(xiàn)象為：開(kāi)始無(wú)明顯現(xiàn)象，后產(chǎn)生白色沉淀，沉淀不溶解。

（4）分離提純

①利用Al能溶于強(qiáng)堿溶液，分離Al與其他金屬的混合物。

②利用Al₂O₃能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，分離Al₂O₃與其他金屬氧化物。

③利用Al(OH)₃，能強(qiáng)堿溶液反應(yīng)，分離Al³⁺與其他金屬陽(yáng)離子。

二、氫氧化鋁沉淀的圖象分析