05 · 铝 $(Al)$ 及其化合物

铝的性质

物理性质：具有银白色金属光泽的固体，密度、硬度均较小，熔点较低，有良好的导电、导热性
化学性质
- 与非金属单质反应
  - 与 $O_{2}$ 反应： $4 Al + 3 O_{2} \overset{点燃}{=} 2 Al_{2} O_{3}$ 氧化铝熔点比铝高，因此在空气中加热铝至熔化可观察到铝被氧化铝薄膜“托着”而不滴落
  - 与 $Cl_{2}$ 反应： $2 Al + 3 Cl_{2} \overset{Δ}{=} 2 AlCl_{3}$
  - 与 $S$ 反应： $2 Al + 3 S \overset{Δ}{=} Al_{2} S_{3}$
  - 与 $H_{2} O$ 反应： $2 Al + 6 H_{2} O \overset{}{=} 2 Al (OH)_{3} + 3 H_{2} ↑$ 该反应可发生，但因铝表面致密的氧化层，反应开始很快后停止而氢氧化钠可溶解 $Al (OH)_{3}, Al_{2} O_{3}$ ，因此可视为其促进反应右移（见下方方程式）
- 铝在冷的浓硫酸或浓硝酸中钝化
- 铝与强碱发生反应： $2 Al + 2 NaOH + 6 H_{2} O \to 2 Na [Al (OH)_{4}] + 3 H_{2}$
- 铝热反应：可以与 $FeO 、 Fe_{2} O_{3} 、 Fe_{3} O_{4} 、 Cr_{2} O_{3} 、 MnO_{2} 、 V_{2} O_{5}$ 等氧化物反应。用于焊接金属、冶炼难溶金属 ${\begin{array}{lr} 2 Al + Fe_{2} O_{3} \overset{高温}{\to} Al_{2} O_{3} + 2 Fe \\ 2 Al + Cr_{2} O_{3} \overset{高温}{\to} Al_{2} O_{3} + 2 Cr \end{array}$
制备： $2 Al_{2} O_{3} (l) =_{冰晶石}^{电解} 4 Al + 3 O_{2} ↑$

铝、氧化铝和氢氧化铝

$AlO_{2}^{-} ⟵ [Al 、 Al_{2} O_{3} 、 Al (OH)_{3} 、 Al^{3 +} 、 AlO_{2}^{-}] ⟶ Al^{3 +}$

与酸反应

$2 Al + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Al^{3 +} + 3 H_{2} ↑$ （非氧化性酸）
$Al_{2} O_{3} + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Al^{3 +} + 3 H_{2} O$
$Al (OH)_{3} + 3 H^{+} \overset{}{=} Al^{3 +} + 3 H_{2} O$

与强碱反应

$2 Al + 2 OH^{-} + 2 H_{2} O \overset{}{=} 2 AlO_{2}^{-} + 3 H_{2} ↑$
$Al_{2} O_{3} + 2 OH^{-} \overset{}{=} 2 AlO_{2}^{-} + H_{2} O$
$Al (OH)_{3} + OH^{-} \overset{}{=} AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O$

$Al (OH)_{3}$ 的电离

$Al (OH)_{3} \overset{H_{2} O}{\overset{- ⇀}{↽ -}} H^{+} + AlO_{2}^{-} + H_{2} O$
$Al (OH)_{3} \overset{H_{2} O}{\overset{- ⇀}{↽ -}} Al^{3 +} + 3 OH^{-}$

铝离子

与 $NaOH$ 的相互滴加缓慢滴加并搅拌
- 将 $NaOH$ 滴入 $Al^{3 +}$ 溶液中
  1. 先出现白色沉淀： $Al^{3 +} + 3 OH^{-} \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓$
  2. 后沉淀消失： $Al (OH)_{3} + OH^{-} \overset{}{=} AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O$
- 将 $Al^{3 +}$ 滴入 $NaOH$ 溶液中
  1. 先无明显现象： $Al^{3 +} + 4 OH^{-} \overset{}{=} AlO_{2}^{-} + H_{2} O$
  2. 后产生白色沉淀： $Al^{3 +} + 3 AlO_{2}^{-} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 4 Al (OH)_{3} ↓$
与氨水反应
$Al^{3 +} + 3 NH_{3} \cdot H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + 3 NH_{4}^{+}$
双水解反应
- $Al^{3 +} + 3 HCO_{3}^{-} \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + 3 CO_{2} ↑$
- $Al^{3 +} + 3 CO_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + 3 HCO_{3}^{-}$
- $Al^{3 +} + 3 AlO_{2}^{-} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 4 Al (OH)_{3} ↓$
- $2 Al^{3 +} + 3 S^{2 -} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 2 Al (OH)_{3} ↓ + 3 H_{2} S ↑$
- $AlO_{2}^{-} + NH_{4}^{+} + H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + NH_{3} ↑$
- $2 Al^{3 +} + 3 SiO_{3}^{2 -} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 2 Al (OH)_{3} ↓ + 3 H_{2} SiO_{3} ↓$

偏铝酸根

与强酸相互滴加，缓慢滴加并搅拌
- 将 $H_{2} SO_{4}$ 滴入 $AlO_{2}^{-}$ 溶液中
  1. 先出现白色沉淀： $AlO_{2}^{-} + H^{+} + H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓$
  2. 后沉淀消失： $Al (OH)_{3} + 3 H^{+} \overset{}{=} Al^{3 +} + 3 H_{2} O$
- 将 $AlO_{2}^{-}$ 滴入 $H_{2} SO_{4}$ 溶液中
  1. 先无明显现象： $AlO_{2}^{-} + 4 H^{+} \overset{}{=} Al^{3 +} + 2 H_{2} O$
  2. 后产生白色沉淀： $Al^{3 +} + 3 AlO_{2}^{-} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 4 Al (OH)_{3} ↓$
与碳酸反应
立即生成 $Al (OH)_{3}$ 沉淀且不溶解。
- $CO_{2}$ 过量： $AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O + CO_{2} \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + HCO_{3}^{-}$
- $CO_{2}$ 少量： $2 AlO_{2}^{-} + 3 H_{2} O + CO_{2} \overset{}{=} 2 Al (OH)_{3} ↓ + CO_{3}^{2 -}$
与铵盐溶液反应
$NH_{4}^{+} + AlO_{2}^{-} + H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + NH_{3} ↑$

氢氧化铝

制备

$Al^{3 +} + 3 NH_{3} \cdot H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + 3 NH_{4}^{+}$
$AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O + CO_{2} \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓ + HCO_{3}^{-}$
$Al^{3 +} + 3 AlO_{2}^{-} + 6 H_{2} O \overset{}{=} 4 Al (OH)_{3} ↓$

用途

$Al :$ 铝合金，航空航天材料
$Al_{2} O_{3} :$ 耐热材料；炼铝原料；刚玉（红宝石、蓝宝石）
$Al (OH)_{3} :$ 净水剂；制酸剂（治疗胃酸过多）；阻燃剂
可溶性铝盐：净水剂（明矾： $KAl (SO_{4})_{2} \cdot 12 H_{2} O$ ）

铝及其重要化合物的转化

$2 Al + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Al^{3 +} + 3 H_{2} ↑$
$2 Al + 2 OH^{-} + 2 H_{2} O \overset{}{=} 2 AlO_{2}^{-} + 3 H_{2} ↑$ （记忆：4213，四个 2、一个 3）
$4 Al + 3 O_{2} \overset{点燃}{=} 2 Al_{2} O_{3}$
$2 Al + Fe_{2} O_{3} \overset{高温}{=} Al_{2} O_{3} + 2 Fe$
$2 Al_{2} O_{3} (熔融) =_{冰晶石}^{通电} 4 Al + 3 O_{2} ↑$
$2 Al (OH)_{3} \overset{Δ}{=} Al_{2} O_{3} + 3 H_{2} O$
$Al_{2} O_{3} + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Al^{3 +} + 3 H_{2} O$
$Al_{2} O_{3} + 2 OH^{-} \overset{}{=} 2 AlO_{2}^{-} + H_{2} O$
$Al (OH)_{3} + 3 H^{+} \overset{}{=} Al^{3 +} + 3 H_{2} O$
$Al^{3 +} + 3 OH^{-} \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓$
$AlO_{2}^{-} + H^{+} + H_{2} O \overset{}{=} Al (OH)_{3} ↓$
$Al (OH)_{3} + OH^{-} \overset{}{=} AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O$
$AlO_{2}^{-} + 4 H^{+} \overset{}{=} Al^{3 +} + 2 H_{2} O$
$Al^{3 +} + 4 OH^{-} \overset{}{=} AlO_{2}^{-} + 2 H_{2} O$

注：

氧化铝无法一步反应为氢氧化铝

由于教材版本差异，有 ${AlO_{2}}^{-}$ 和 $[Al (OH)_{4}]^{-}$ 两种写法，读者参阅时请注重自己手头的课本

05 · 铝 (Al) 及其化合物 ​

铝的性质 ​

铝、氧化铝和氢氧化铝 ​

与酸反应 ​

与强碱反应 ​

Al(OH)A3 的电离 ​

铝离子 ​

偏铝酸根 ​

氢氧化铝 ​

制备 ​

用途 ​

铝及其重要化合物的转化 ​

注： ​

05 · 铝 $(Al)$ 及其化合物

铝的性质

铝、氧化铝和氢氧化铝

与酸反应

与强碱反应

$Al (OH)_{3}$ 的电离

铝离子

偏铝酸根

氢氧化铝

制备

用途

铝及其重要化合物的转化

注：