主族金属元素(二)

1、第八章第八章 主族金属元素主族金属元素 第二节 铝三组组长：高峰：高峰成员：杨学光，余柄毅，曲美玲，杜新新，王文文第二节第二节 铝铝2-1 2-1 金属铝金属铝在自然界的存在形式在自然界的存在形式: :主要以铝矾土主要以铝矾土(Al(Al2 2O O3 3xHxH2 2O)O)矿物存在。铝钒土是冶炼金矿物存在。铝钒土是冶炼金属铝的重要原料。属铝的重要原料。在地壳中的含量：名列第三（约占在地壳中的含量：名列第三（约占8%8%），仅次于氧和硅。（氧、硅、铝、铁、），仅次于氧和硅。（氧、硅、铝、铁、钙）钙）1. 1. 铝的性质铝的性质(1) (1) 物理性质物理性质 具有金属的通性。在金属中，铝的导

2、电、传热能力仅次于银和铜，延具有金属的通性。在金属中，铝的导电、传热能力仅次于银和铜，延展性仅次于金。同时具有很强的抗腐蚀性，无磁性，不发生火花放电。展性仅次于金。同时具有很强的抗腐蚀性，无磁性，不发生火花放电。 (2(2）化学性质）化学性质 铝的化学性质活泼铝的化学性质活泼, ,其标准电极电势其标准电极电势E =-1.66VE =-1.66V，在不同，在不同温度下能与温度下能与O O2 2、ClCl2 2、BrBr2 2、I I2 2、N N2 2、P P等非金属直接化合。铝的等非金属直接化合。铝的典型化学性质是典型化学性质是： 缺电子性缺电子性: : 由于铝的价层电子结构是由于铝的价层电子

3、结构是3s3s2 23p3p1 1，MM层有层有4 4条轨道，但只有条轨道，但只有3 3个电子，所以个电子，所以Al()Al()的化合物为缺电子化合物，这种化合物有的化合物为缺电子化合物，这种化合物有很强的接受电子对的能力。如：很强的接受电子对的能力。如： AlFAlF3 3 + HF HAlF + HF HAlF4 4 亲氧性：亲氧性： 铝与空气接触很快失去光泽，表面生成氧化铝薄膜（此膜可阻止铝继续被氧化）。铝与空气接触很快失去光泽，表面生成氧化铝薄膜（此膜可阻止铝继续被氧化）。 铝遇发烟硝酸，被氧化成铝遇发烟硝酸，被氧化成“钝态钝态”。因此工业上常用铝罐储运发烟硝酸。因此工业上常用铝罐储运

4、发烟硝酸( (铝遇浓硝铝遇浓硝酸发生钝化）。酸发生钝化）。 铝能从许多金属氧化物中夺取氧，在冶金工业上常用作还原剂铝能从许多金属氧化物中夺取氧，在冶金工业上常用作还原剂( (称为称为铝热冶金法铝热冶金法) )。 Fe Fe2 2O O3 3+2Al 2Fe+Al+2Al 2Fe+Al2 2O O3 3 HmHm-853.8KJ/mol-853.8KJ/mol 该反应温度高达该反应温度高达3000 C3000 C，故常用于野外焊接铁轨。，故常用于野外焊接铁轨。 两性两性 铝是典型的两性金属，它既能溶于强酸，也能直接溶铝是典型的两性金属，它既能溶于强酸，也能直接溶于强碱，并放出于强碱，并放出H H

5、2 2。 2Al + 6H2Al + 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. 铝的冶炼铝的冶炼 从铝钒土中提取从铝钒土中提取AlAl2 2O O3 3 Al Al2 2O O3 3+ 2NaOH + 3H+ 2NaOH + 3H2 2O O 2NaAl(OH)2NaAl(OH)4 4(NaAlO(NaAlO3 3) ) 2NaAl(OH) 2NaAl(OH)4 4 + CO + CO2 2 Al(OH)Al(OH)3

6、 3+ Na+ Na2 2COCO3 3 + H + H2 2O O Al(OH) Al(OH)3 3 Al Al2 2O O3 3 + H+ H2 2O O 电解电解AlAl2 2O O3 3 2Al 2Al2 2O O3 3 4Al + 3O 4Al + 3O2 2电解电解10001000 C C。2-2 2-2 铝的常见化合物铝的常见化合物1. 氧化铝氧化铝 氧化铝为白色无定形粉末，它是离子晶体，熔点高，氧化铝为白色无定形粉末，它是离子晶体，熔点高，硬度大。常见的氧化铝有硬度大。常见的氧化铝有：（1 1）- AlAl2 2O O3 3 为自然界存在的刚玉，属六方紧密堆集构型为自然界存在的

7、刚玉，属六方紧密堆集构型的晶体。其熔点高达的晶体。其熔点高达2050 C，硬度达，硬度达8.8。天然品因含少。天然品因含少量杂质而显不同颜色。红宝石是钢玉中含少量量杂质而显不同颜色。红宝石是钢玉中含少量Cr()，蓝宝石是含有微量蓝宝石是含有微量Fe()、Fe()或或Ti()的氧化铝的氧化铝。 - AlAl2 2O O3 3 具有耐酸、耐碱、耐磨、耐高温，人造刚玉用作具有耐酸、耐碱、耐磨、耐高温，人造刚玉用作机器轴承机器轴承 钟表轴承钟表轴承 磨料磨料.抛光剂等，也是优良的耐火材抛光剂等，也是优良的耐火材料（如刚玉坩埚）料（如刚玉坩埚）。.（2 2）-AlAl2 2O O3 3 是在是在450

8、度左右加热度左右加热Al(OH)3分解或分解或 (NH4)2SO4 Al2(SO4)3 24H2O（铝铵矾）或（铝铵矾）或Al(OH)3得，得，又称活性氧化铝，具有酸碱两性。是多孔物质。常用作又称活性氧化铝，具有酸碱两性。是多孔物质。常用作吸附剂或催化剂载体吸附剂或催化剂载体透明的透明的Al2O3陶瓷（玻璃）不仅有优异的光学性能，陶瓷（玻璃）不仅有优异的光学性能，而且耐高温（而且耐高温（2000）、耐冲击、耐腐蚀，可用于高）、耐冲击、耐腐蚀，可用于高压灯，防弹车窗等压灯，防弹车窗等2. 2. 氢氧化铝氢氧化铝 氢氧化铝是一种两性物质，既能溶于酸，又能溶于碱。氢氧化铝是一种两性物质，既能溶于酸，

9、又能溶于碱。 对于对于Al(OH)3与酸性溶液的反应：与酸性溶液的反应： 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则则得得也即，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，共溶解状态为溶解状态为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=K

10、SP Al(OH)3(KW)3对于对于Al(OH)Al(OH)3 3与碱性溶液的反应：与碱性溶液的反应： 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 K

11、W )- 说明说明Al(OH)3在不同在不同pH的碱性溶液中的溶解度也是不同的碱性溶液中的溶解度也是不同的，其溶解状态为的，其溶解状态为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 8- -6 6 与与Al(OH)Al(OH)3 3平衡的平衡的AlAl3+3+、 Al(OH)Al(OH)4 4浓度和值的关系浓度和值的关系-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- p

12、H 12.9 11.9 10.9 9.9 8.9 若以表中离子浓度为纵坐标，若以表中离子浓度为纵坐标，pH为横坐标，可以绘制为横坐标，可以绘制Al(OH)3的溶解度的溶解度s- pH图图( 见见P1958-6图图)。 结论：结论： Al(OH)3固体只能在固体只能在pH =4.78.9的范围内稳定的范围内稳定存在。当存在。当pH 4.7或或pH 8.9时，部分时，部分Al(OH)3溶解并分别溶解并分别形成形成Al3+或或Al(OH)4 的溶液。的溶液。-Al(OH)Al(OH)3 3制备：制备： 通常采用碱法，将金属铝与按化学计量的通常采用碱法，将金属铝与按化学计量的Na0H反应生成反应生成N

13、aAlO2，然后加入弱酸性物质（通入，然后加入弱酸性物质（通入CO2或加入或加入NH4HCO3），），适当降低溶液的碱度，使适当降低溶液的碱度，使pH进入图进入图8-3曲线中部曲线中部Al(OH)3的沉淀的沉淀区。区。主要反应为：主要反应为： 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 4HCO

14、HCO3 3 + 2H + 2H2 2O O 2Al(OH)2Al(OH)3 3 + NHNH3 3 + NaNa2 2COCO3 32-3 2-3 铝盐铝盐1.1.铝的卤化物铝的卤化物 AlFAlF3 3 AlCl AlCl3 3AlBrAlBr3 3 AlI AlI3 3离子键离子键 共价键共价键共价分子：熔点低共价分子：熔点低, ,易挥发易挥发, ,易溶于有机溶剂。易形成双聚物易溶于有机溶剂。易形成双聚物除除AlF3AlF3是离子化合物外，其余都是共价化合物。这是因为是离子化合物外，其余都是共价化合物。这是因为Al3+Al3+的电荷高，半径小，具有强极化的缘故。的电荷高，半径小，具有强极

15、化的缘故。表表8-7 8-7 三卤化铝的一些物理性质三卤化铝的一些物理性质三卤化铝三卤化铝AlF3AlCl3AlBr3AlI3状态（常温下）熔点tm/沸点tb/无色晶体10401260白色晶体193（加压）178（升华）无色晶体97.5268棕色片状晶体（含微量I2）191382三氯化铝水解水解激烈：水解激烈：（放出大量（放出大量热）热）HCl3Al(OH)O3HAlCl323潮湿空气中的潮湿空气中的AlCl3AlCl3，白烟为白烟为HCl用干法合成无水用干法合成无水AlClAlCl3 3腐及医药方面以及木材防化剂、净化水的凝聚剂主要用作精密铸造的硬易潮解同时水解吸湿性强体，工业级呈淡黄色，六

16、水合氯化铝为无色晶CO2AlCl3Cl3COAl(g)3H2AlCl6HCl(g)2Al2AlCl(g)3ClAl32322332322. 硫酸铝和矾硫酸铝和矾硫酸铝硫酸铝 ：无水硫酸铝为白色粉末，易溶于水，无水硫酸铝为白色粉末，易溶于水，同时水解而呈酸性。反应式如下同时水解而呈酸性。反应式如下： 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+ +纯晶纯晶Al3(SO4)2Al3(SO4)2可以纯铝和相互作用制得可以纯铝和相互作用