1、第八章第八章 主族金屬元素主族金屬元素 第二節 鋁三組組長：高峰：高峰成員：楊學光，余柄毅，曲美玲，杜新新，王文文第二節第二節 鋁鋁2-1 2-1 金屬鋁金屬鋁在自然界的存在形式在自然界的存在形式: :主要以鋁礬土主要以鋁礬土(Al(Al2 2O O3 3xHxH2 2O)O)礦物存在。鋁釩土是冶煉金礦物存在。鋁釩土是冶煉金屬鋁的重要原料。屬鋁的重要原料。在地殼中的含量：名列第三（約占在地殼中的含量：名列第三（約占8%8%），僅次于氧和硅。（氧、硅、鋁、鐵、），僅次于氧和硅。（氧、硅、鋁、鐵、鈣）鈣）1. 1. 鋁的性質鋁的性質(1) (1) 物理性質物理性質 具有金屬的通性。在金屬中，鋁的導

2、電、傳熱能力僅次于銀和銅，延具有金屬的通性。在金屬中，鋁的導電、傳熱能力僅次于銀和銅，延展性僅次于金。同時具有很強的抗腐蝕性，無磁性，不發生火花放電。展性僅次于金。同時具有很強的抗腐蝕性，無磁性，不發生火花放電。 (2(2）化學性質）化學性質 鋁的化學性質活潑鋁的化學性質活潑, ,其標準電極電勢其標準電極電勢E =-1.66VE =-1.66V，在不同，在不同溫度下能與溫度下能與O O2 2、ClCl2 2、BrBr2 2、I I2 2、N N2 2、P P等非金屬直接化合。鋁的等非金屬直接化合。鋁的典型化學性質是典型化學性質是： 缺電子性缺電子性: : 由于鋁的價層電子結構是由于鋁的價層電子

3、結構是3s3s2 23p3p1 1，MM層有層有4 4條軌道，但只有條軌道，但只有3 3個電子，所以個電子，所以Al()Al()的化合物為缺電子化合物，這種化合物有的化合物為缺電子化合物，這種化合物有很強的接受電子對的能力。如：很強的接受電子對的能力。如： AlF AlF3 3 + HF HAlF + HF HAlF4 4 親氧性：親氧性： 鋁與空氣接觸很快失去光澤，表面生成氧化鋁薄膜（此膜可阻止鋁繼續被氧化）。鋁與空氣接觸很快失去光澤，表面生成氧化鋁薄膜（此膜可阻止鋁繼續被氧化）。 鋁遇發煙硝酸，被氧化成鋁遇發煙硝酸，被氧化成“鈍態鈍態”。因此工業上常用鋁罐儲運發煙硝酸。因此工業上常用鋁罐儲

4、運發煙硝酸( (鋁遇濃硝鋁遇濃硝酸發生鈍化）。酸發生鈍化）。 鋁能從許多金屬氧化物中奪取氧，在冶金工業上常用作還原劑鋁能從許多金屬氧化物中奪取氧，在冶金工業上常用作還原劑( (稱為稱為鋁熱冶金法鋁熱冶金法) )。 Fe Fe2 2O O3 3+2Al 2Fe+Al+2Al 2Fe+Al2 2O O3 3 HmHm-853.8KJ/mol-853.8KJ/mol 該反應溫度高達該反應溫度高達3000 C3000 C，故常用于野外焊接鐵軌。，故常用于野外焊接鐵軌。 兩性兩性 鋁是典型的兩性金屬，它既能溶于強酸，也能直接溶鋁是典型的兩性金屬，它既能溶于強酸，也能直接溶于強堿，并放出于強堿，并放出H

5、H2 2。 2Al + 6H 2Al + 6H+ + 2Al 2Al3+3+ + 3H + 3H2 2 2Al + 2OH 2Al + 2OH- - + 6H + 6H2 2O 2Al(OH)O 2Al(OH)4 4 - - + 3H + 3H2 22. 2. 鋁的冶煉鋁的冶煉 從鋁釩土中提取從鋁釩土中提取AlAl2 2O O3 3 Al Al2 2O O3 3+ 2NaOH + 3H+ 2NaOH + 3H2 2O 2NaAl(OH)O 2NaAl(OH)4 4(NaAlO(NaAlO3 3) ) 2NaAl(OH) 2NaAl(OH)4 4 + CO + CO2 2 Al(OH) Al(O

6、H)3 3+ Na+ Na2 2COCO3 3 + H + H2 2O O Al(OH) Al(OH)3 3 Al Al2 2O O3 3 + H+ H2 2O O 電解電解AlAl2 2O O3 3 2Al 2Al2 2O O3 3 4Al + 3O 4Al + 3O2 2電解電解10001000 C C。2-2 2-2 鋁的常見化合物鋁的常見化合物氧化鋁氧化鋁 氧化鋁為白色無定形粉末，它是離子晶體，熔點氧化鋁為白色無定形粉末，它是離子晶體，熔點高，硬度大。常見的氧化鋁有高，硬度大。常見的氧化鋁有：（1 1）- AlAl2 2O O3 3 為自然界存在的剛玉，屬六方緊密堆集為自然界存在的剛玉

7、，屬六方緊密堆集構型的晶體。其熔點高達構型的晶體。其熔點高達2050 C，硬度達，硬度達8.8。天然品因。天然品因含少量雜質而顯不同顏色。紅寶石是鋼玉中含少量含少量雜質而顯不同顏色。紅寶石是鋼玉中含少量Cr()，藍寶石是含有微量，藍寶石是含有微量Fe()、Fe()或或Ti()的氧的氧化鋁化鋁。 - AlAl2 2O O3 3 具有耐酸、耐堿、耐磨、耐高溫，人造剛玉具有耐酸、耐堿、耐磨、耐高溫，人造剛玉用作機器軸承用作機器軸承 鐘表軸承鐘表軸承 磨料磨料.拋光劑等，也是優良的耐拋光劑等，也是優良的耐火材料（如剛玉坩堝）火材料（如剛玉坩堝）。.（2 2）-AlAl2 2O O3 3 是在是在450

8、 度左右加熱度左右加熱Al(OH)3分解或分解或 (NH4)2SO4 Al2(SO4)3 24H2O（鋁銨礬）或（鋁銨礬）或Al(OH)3得，得，又稱活性氧化鋁，具有酸堿兩性。是多孔物質。常用作又稱活性氧化鋁，具有酸堿兩性。是多孔物質。常用作吸附劑或催化劑載體吸附劑或催化劑載體透明的透明的Al2O3陶瓷（玻璃）不僅有優異的光學性能，陶瓷（玻璃）不僅有優異的光學性能，而且耐高溫（而且耐高溫（2000）、耐沖擊、耐腐蝕，可用于高）、耐沖擊、耐腐蝕，可用于高壓燈，防彈車窗等壓燈，防彈車窗等2. 2. 氫氧化鋁氫氧化鋁 氫氧化鋁是一種兩性物質，既能溶于酸，又能溶于堿。氫氧化鋁是一種兩性物質，既能溶于酸

9、，又能溶于堿。 對于對于Al(OH)3與酸性溶液的反應：與酸性溶液的反應： Al(OH) Al(OH)3 3（s s）+ 3H+ 3H+ + Al Al3+3+ + 3H + 3H2 2O O c(H+)/c =c(Al3+)/c(KW)3KSP3pH =31lgKSP- lg c(Al3+)/c- lgKW則則得得也即，也即， Al(OH)3在不同的酸性溶液中的溶解度是不同的，共在不同的酸性溶液中的溶解度是不同的，共溶解狀態為溶解狀態為Al3+ ，溶解度即，溶解度即c(Al3+)。K1=c(Al3+)/cc(H+)/c3=c(Al3+)/cc(OH-)/cc(H+)/cc(OH-)/c333

10、=KSP Al(OH)3(KW)3對于對于Al(OH)Al(OH)3 3與堿性溶液的反應：與堿性溶液的反應： Al(OH) Al(OH)3 3（s s）+ OH+ OH- - Al(OH) Al(OH)4 4-K2 =c(Al(OH)4)/c-c(OH-)/c=c(Al(OH)4)/c-c(OH-)/cc(OH-)/cc(Al3+)/cc(Al3+)/cc(OH-)/c33= (Al(OH)4 )KSP(Al(OH)3)-c(H+)/cc(OH-)/c =KSPc(H+)/c =KWc(Al(OH)4 )/c-又又代入上式得代入上式得pH = lgc(Al(OH)4 )/c - lg (KSP

11、 KW )- 說明說明Al(OH)3在不同在不同pH的堿性溶液中的溶解度也是不同的堿性溶液中的溶解度也是不同的，其溶解狀態為的，其溶解狀態為Al(OH)4，溶解度即，溶解度即cAl(OH)4。-c(H+)/c =KWc(Al(OH)4 )/c-表表8-6 8-6 與與Al(OH)Al(OH)3 3平衡的平衡的AlAl3+3+、 Al(OH) Al(OH)4 4濃度和值的關系濃度和值的關系-c(Al3+)/mol.L-1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5pH 3.4 3.7 4.0 4.4 4.7c(Al(OH)4 )/mol 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5-

12、pH 12.9 11.9 10.9 9.9 8.9 若以表中離子濃度為縱坐標，若以表中離子濃度為縱坐標，pH為橫坐標，可以繪制為橫坐標，可以繪制Al(OH)3的溶解度的溶解度s- pH圖圖( 見見P1958-6圖圖)。 結論：結論： Al(OH)3固體只能在固體只能在pH =4.78.9的范圍內穩定的范圍內穩定存在。當存在。當pH 4.7或或pH 8.9時，部分時，部分Al(OH)3溶解并分別溶解并分別形成形成Al3+或或Al(OH)4 的溶液。的溶液。-Al(OH)Al(OH)3 3制備：制備： 通常采用堿法，將金屬鋁與按化學計量的通常采用堿法，將金屬鋁與按化學計量的Na0H反應生成反應生成

13、NaAlO2，然后加入弱酸性物質（通入，然后加入弱酸性物質（通入CO2或加入或加入NH4HCO3），），適當降低溶液的堿度，使適當降低溶液的堿度，使pH進入圖進入圖8-3曲線中部曲線中部Al(OH)3的沉淀的沉淀區。區。主要反應為：主要反應為： 2Al + 2Na0H + 2H2Al + 2Na0H + 2H2 2O O 2NaAlO2NaAlO2 2 + 3H+ 3H2 2 2NaAlO2NaAlO2 2 + CO + CO2 2 + H + H2 2O 2Al(OH)O 2Al(OH)3 3 + NaNa2 2COCO3 3或或 2NaAlO2NaAlO2 2 + NH + NH4 4HC

14、OHCO3 3 + 2H + 2H2 2O O 2Al(OH)2Al(OH)3 3 + NHNH3 3 + NaNa2 2COCO3 32-3 2-3 鋁鹽鋁鹽1.1.鋁的鹵化物鋁的鹵化物 AlFAlF3 3 AlCl AlCl3 3AlBrAlBr3 3 AlI AlI3 3離子鍵離子鍵 共價鍵共價鍵共價分子：熔點低共價分子：熔點低, ,易揮發易揮發, ,易溶于有機溶劑。易形成雙聚物易溶于有機溶劑。易形成雙聚物除除AlF3AlF3是離子化合物外，其余都是共價化合物。這是因為是離子化合物外，其余都是共價化合物。這是因為Al3+Al3+的電荷高，半徑小，具有強極化的緣故。的電荷高，半徑小，具有強

15、極化的緣故。表表8-7 8-7 三鹵化鋁的一些物理性質三鹵化鋁的一些物理性質三氯化鋁水解水解激烈：水解激烈：（放出大量（放出大量熱）熱）HCl3Al(OH)O3HAlCl323潮濕空氣中的潮濕空氣中的AlCl3AlCl3，白煙為白煙為HCl用干法合成無水用干法合成無水AlClAlCl3 3腐及醫藥方面以及木材防化劑、凈化水的凝聚劑主要用作精密鑄造的硬易潮解同時水解吸濕性強體，工業級呈淡黃色，六水合氯化鋁為無色晶CO2AlCl3Cl3COAl(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al2AlCl(g)3ClAl32322332322. 硫酸鋁和礬硫酸鋁和礬硫酸鋁硫酸鋁 ：無水硫酸鋁為白色粉末，易溶于水，無水硫酸鋁為白色粉末，易溶于水，同時水解而呈酸性。反應式如下同時水解而呈酸性。反應式如下： AlAl3+3+ + H + H2 2O Al(OH)O Al(OH)2+2+ + H + H+ + Al(OH) Al(OH)2+2+ + H + H2 2O Al(OH)O Al(OH)2 2 + + + H + H+ + Al(OH) Al(OH)2 2 + + + H+ H2 2O Al(OH)O Al(OH)3 3 + H+ H+ +純晶純晶Al3(SO4)2Al3(SO4)2可以純鋁和相互作用制得可以純鋁和