主族金屬元素(二)

1、第八章第八章 主族金屬元素主族金屬元素 第二節(jié) 鋁三組組長：高峰：高峰成員：楊學(xué)光，余柄毅，曲美玲，杜新新，王文文第二節(jié)第二節(jié) 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(zhì)鋁的性質(zhì)(1) (1) 物理性質(zhì)物理性質(zhì) 具有金屬的通性。在金屬中，鋁的導(dǎo)

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(dǎo)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(fā)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(fā)生火花放電。 (2(2）化學(xué)性質(zhì)）化學(xué)性質(zhì) 鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑鋁的化學(xué)性質(zhì)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(xué)性質(zhì)是典型化學(xué)性質(zhì)是： 缺電子性缺電子性: : 由于鋁的價層電子結(jié)構(gòu)是由于鋁的價層電子

3、結(jié)構(gòu)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(xù)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(xù)被氧化）。 鋁遇發(fā)煙硝酸，被氧化成鋁遇發(fā)煙硝酸，被氧化成“鈍態(tài)鈍態(tài)”。因此工業(yè)上常用鋁罐儲運發(fā)煙硝酸。因此工業(yè)上常用鋁罐儲

4、運發(fā)煙硝酸( (鋁遇濃硝鋁遇濃硝酸發(fā)生鈍化）。酸發(fā)生鈍化）。 鋁能從許多金屬氧化物中奪取氧，在冶金工業(yè)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(yè)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(yīng)溫度高達該反應(yīng)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(gòu)型的晶體。其熔點高達構(gòu)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(zhì)而顯不同顏色。紅寶石是鋼玉中含少量含少量雜質(zhì)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(yōu)良的耐拋光劑等，也是優(yōu)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(zhì)。常用作又稱活性氧化鋁，具有酸堿兩性。是多孔物質(zhì)。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(yōu)異的光學(xué)性能，陶瓷（玻璃）不僅有優(yōu)異的光學(xué)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(zhì)，既能溶于酸，又能溶于堿。氫氧化鋁是一種兩性物質(zhì)，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(yīng)：與酸性溶液的反應(yīng)： 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(tài)為溶解狀態(tài)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(yīng)：與堿性溶液的反應(yīng)： 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(tài)為的，其溶解狀態(tài)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(guān)系濃度和值的關(guān)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(jié)論：結(jié)論： Al(OH)3固體只能在固體只能在pH =4.78.9的范圍內(nèi)穩(wěn)定的范圍內(nèi)穩(wěn)定存在。當(dāng)存在。當(dāng)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(xué)計量的通常采用堿法，將金屬鋁與按化學(xué)計量的Na0H反應(yīng)生成反應(yīng)生成

13、NaAlO2，然后加入弱酸性物質(zhì)（通入，然后加入弱酸性物質(zhì)（通入CO2或加入或加入NH4HCO3），），適當(dāng)降低溶液的堿度，使適當(dāng)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(qū)。區(qū)。主要反應(yīng)為：主要反應(yīng)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(fā)易揮發(fā), ,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(zhì)三鹵化鋁的一些物理性質(zhì)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(yī)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(yè)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(yīng)式如下同時水解而呈酸性。反應(yīng)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