8.2 铝及其化合物¶
A.铝单质¶
a.性质
1.铝是地壳中含量最多的金属元素
2.铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜覆盖在铝表面，防止铝进一步被氧化，因此铝在空气中表现出良好的抗腐蚀性
3.与酸的反应
i.与稀 \(H_2SO_4\)、稀 \(HCl\) 的反应
离子方程式：\(\ce{2Al + 6H^+ = 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow}\)
ii.与稀 \(HNO_3\) 的反应
化学方程式：\(\ce{Al + 4HNO_3(稀) = Al(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O}\)
离子方程式：\(\ce{Al + NO_3^- + 4H^+ = Al^{3+} + NO\uparrow + 2H_2O}\)
与氧化性酸反应，不生成氢气。反应中铝元素化合价由 \(0\) 升至 \(+3\)，氮元素化合价由 \(+5\) 降至 \(+2\)。
iii.与浓 \(HNO_3\)、浓 \(H_2SO_4\) 的反应
① 冷/常温下： 钝化
② 加热条件下（与浓硫酸反应为例）：
化学方程式：\(\ce{2Al + 6H_2SO_4(浓) \xlongequal{\Delta} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O}\)
4.与碱的反应
\(2Al + 2NaOH + 6H_2O = 2Na[Al(OH)_4]（四羟基合铝酸钠） + 3H_2 \uparrow\)
b.铝的制备 铝在地壳中主要以铝土矿（又称矾土）等矿物形式存在，提纯 \(Al_2O_3\) 后，用电解法制备铝。
\(2Al_2O_3(熔融) \xlongequal[冰晶石]{电解} 4Al + 3O_2\uparrow\)
冰晶石：\(Na_3AlF_6\)
c.铝热反应 是指工业上用铝粉来还原一些金属氧化物（\(Fe_2O_3\)、\(Fe_3O_4\)、\(FeO\)、\(Cr_2O_3\)、\(V_2O_5\)、\(MnO_2\) 等），得到 \(Fe\)、\(V\)、\(Cr\)、\(Mn\) 等难熔金属的一类反应。用于冶炼难熔金属、野外焊接铁轨、定向爆破等。
镁带：引燃后提供高温
氯酸钾：在高温下分解产生氧气，使得燃烧更为剧烈，获得更高的温度
沙子：接住反应产生的高温熔融铁
方程式：\(2Al + Fe_2O_3 \xlongequal{高温} Al_2O_3 + 2Fe\) 反应放出大量的热
B.氧化铝¶
a.性质
1.白色固体，熔点高(约2050℃)，硬度大，难溶于水
2.用途：① 制耐火材料 ② 冶炼铝
3.两性氧化物：\(Al_2O_3\) 既能与强酸反应生成盐，也能和强碱反应生成盐，属于两性氧化物
①与强酸反应：\(Al_2O_3 + 6H^+ = 2Al^{3+} + 3H_2O\)
②与强碱反应：\(Al_2O_3 + 2OH^- + 3H_2O = 2[Al(OH)_4]^-\)
C.氢氧化铝¶
a.性质
1.白色固体、难溶、胶体（分散在水中）、\(Al(OH)_3\) 吸附能力强，能凝聚水中的悬浮物。
因此可以用明矾进行净水：\(KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O = K^+ + Al^{3+} + 2SO_4^{2-} + 12H_2O\)
\(Al^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Al(OH)_3(胶体) + 3H^+\)
2.两性氢氧化物
① 与强酸反应：\(Al(OH)_3 + 3H^+ = Al^{3+} + 3H_2O\)
② 与强碱反应：\(Al(OH)_3 + OH^- = [Al(OH)_4]^-\)
3.热稳定性：\(Al(OH)_3\) 受热不稳定，分解为 \(Al_2O_3\) 和 \(H_2O\)
\(2Al(OH)_3 \xlongequal{\Delta} Al_2O_3 + 3H_2O\)
类似于：\(2Fe(OH)_3 \xlongequal{\Delta} Fe_2O_3 + 3H_2O\)
b.\(Al(OH)_3\) 的制备
转化关系图：
\(Al^{3+} \xrightleftharpoons[3H^+]{3OH^-} Al(OH)_3 \downarrow \xrightleftharpoons[H^+ (HCl, CO_2)]{OH^- (NaOH)} [Al(OH)_4]^-\)
① 可溶性铝盐溶液 如 \(AlCl_3\)、\(Al_2(SO_4)_3\)、\(Al(NO_3)_3\) 等 ，与氨水反应制得
\(Al^{3+} + 3NH_3 \cdot H_2O = Al(OH)_3 \downarrow + 3NH_4^+\)
② 由 \(Na[Al(OH)_4]\) 制取：二氧化碳通入 \(Na[Al(OH)_4]\) 溶液中可制得 \(Al(OH)_3\)
\([Al(OH)_4]^- + CO_2 = Al(OH)_3 \downarrow + HCO_3^-\)
D.铝三角¶
补充：铝离子和四羟基合铝酸根反应，生成氢氧化铝：\(Al^{3+} + 3[Al(OH)_4]^- = 4Al(OH)_3\downarrow\)