中学化学中重要元素――铝

【摘要】 铝及其重要化合物及铝盐的性质是中学化学的重点知识。本文重点介绍铝的性质及铝的氧化物存在和用途,氢氧化铝的性质及用途。在铝盐中着重介绍氯化铝和硫酸铝的性质并且介绍明矾的用途。

【关键词】 铝单质;氧化铝;氢氧化铝; 铝盐

铝及其重要化合物的性质是中学化学元素化合物内容的重要组成部分,有些知识和我们生活息息相关。

一、单质

铝是地壳中蕴藏量及其丰富的金属元素,丰度为8.3%,仅次于氧和硅居第三位。铝是银白色有金属光泽的金属,熔点660.37℃,沸点2467℃,相对密度2.702,是轻金属,可以作轻质合金和宇航器。铝有良好的导电、传热及延展性,储量又高,所以常用铝代替铜作导线用。

铝的化学性质非常活泼,在自然界中全是以化合态存在。但它在空气中和水中比较稳定。由于铝表面生成一层致密的氧化铝薄膜,这层薄膜阻止了氧化反应继续进行,若表面氧化铝薄膜遭到破坏,则金属铝的化学活泼性充分的表现出来.

铝在不同的温度下,还能与Cl2,Br2,I2,O2,S,P,N,C等反应生成相应的铝的化合物:

2Al+3Cl2=2AlCl3

2Al+3S=Al2S3

铝是一亲氧元素,除了能与氧气反应外还能从许多金属氧化物中夺取氧同时放出大量的热这类反应称为铝热反应:

8Al+3Fe3O4高温 9Fe+4Al2O3

2Al+Cr2O3高温 2Cr+Al2O3

铝是典型的两性元素,既能溶于盐酸和稀硫酸,又能溶于强碱溶液

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2

2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+H2

铝不溶于冷的浓硝酸和浓硫酸中。因此可以用铝容器来储存和运输浓硝酸和浓硫酸。

铝的氧化物和氢氧化物

1、氧化铝俗名矾土,化学式为Al2O3,一种难熔又不溶于水的白色粉末,熔点2015℃,沸点2980℃。相对密度40。具有不同的晶型,主要有α和γ两种变体。天然存在的α型氧化铝称为刚玉,硬度仅次于金刚石,混有少量杂质可使刚玉带有各种色泽,称为宝石。如红宝石(含有少量Cr3+)和蓝宝石(含Ti3+和Fe2+,Fe3+)α-氧化铝不溶于酸和碱。γ-Al2O3能溶于酸及碱溶液:

Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O

氧化铝是电解法制金属铝的主要原料,所用氧化铝越纯炼出的铝就越纯。

2Al2O3电解 4Al+3O2

氧化铝的应用已扩展到机械,金属,纤维,电子等工业。纯度为99.99%的高纯度Al2O3作精细陶瓷,机械耐热陶瓷,集成电路,录音磁带的填充剂,拉成单晶用于激光技术。

2、氢氧化铝

在铝盐溶液中加入碱或氨水得到白色无定形凝胶状沉淀:

Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3+3NH4+

Al(OH)3是 典型的两性氢氧化物,碱性略强于酸性,但仍然是弱碱:

Al(OH)3+3H+=Al3++3H2O

Al(OH)3+OH-=AlO2-+2H2O

在溶液中存在两性平衡:

Al3++3OH-=Al(OH)3=AlO2-+H++H2O

因此在酸性介质中以Al3+形式存在,在碱性介质中以AlO2-形式存在。

氢氧化铝可用于制备铝盐,吸附剂,媒染剂和离子交换剂也用作瓷釉,耐火材料,放火布等的原料.其凝胶液和干燥凝胶在医药上用作酸药.有中和胃酸和保护溃疡面的作用.用于治胃和十二指肠溃疡病和胃酸过多等症。

三、铝盐

1、氯化铝

氯化铝是无色到白色晶体,在空气中易潮解熔点190℃,177.8℃升华。它的蒸汽以价的双聚分子形式存在。极易水解,溶液成酸性。所以只有在强酸性条件下从水溶液中制取。但得到的是AlCl3•6H2O。不能用加热AlCl3•6H2O的方法制取无水氯化铝。因为加热AlCl3•6H2O会边失水边水解得到Al2O3。

2AlCl3•H2O=Al2O3+3H2O+6HCl

无水氯化铝只能通过干法制得.在熔融的铝中通氯气或通氯气与Al2O3与碳的混合物中可的无水AlCl3:

2Al+3Cl2=2AlCl3

Al2O3+3C+3Cl2=2AlCl3+3CO

2、硫酸铝和明矾

硫酸铝是常见铝盐之一,无水物是白色粉末。水合物Al2(SO4)3•18H2O是白色晶体。易溶于水。硫酸铝易发生水解,水溶液呈酸性。由氢氧化铝或铝矾土和浓硫酸作用均可得到硫酸铝:

2Al(OH)3+3H2SO4=Al2(SO4)3+6H2O

Al2O3+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2O

硫酸铝易与碱金属(Li除外)的硫酸盐生成溶解度较小的矾。最常见的矾是铝钾矾KAl(SO4)212H2O。俗称明

矾。硫酸铝和明矾都易溶于水并且水解。Al3+水解使溶液显酸性,Al(OH)3水解产物胶状沉淀,它是有很强的吸附作用,所以明矾常作净水剂和纤维类纺织品的媒染剂。并且由于硫酸铝水解呈酸性,所以在泡沫灭火器中用Al2(SO4)3的饱和水溶液与NaHCO3溶液反应产生气体来灭火。

Al3++3HCO3=AL(OH)3+3CO2

参考文献

1 马淑珍 《无机化学》冶金工业出版社 94年出版

2 付天龙 《中学化学》2008年第九期

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