【種花家務(wù)·化學(xué)】3-4-02鋁的化合物——『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』

2023-02-20 20:22 作者:山嵓 0人讀過 | 我要投稿

【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實的學(xué)酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。??

第四章鋁

§4-2鋁的化合物

【01】前面講過，鋁在元素周期表里正好處在從金屬元素過渡到非金屬元素的中間位置。鋁的這一特點，特別明顯地反映在鋁的化合物的性質(zhì)上。例如鋁的氧化物既表現(xiàn)堿性氧化物的性質(zhì)，又表現(xiàn)出酸性氧化物的性質(zhì)，是一種兩性氧化物（參看第一冊5-7）【山注，化1-5-07第07段，傳送門CV20861055】。鋁的氫氧化物的堿性不僅很弱（比氫氧化鎂弱得多)，而且在一定條件下還能表現(xiàn)出酸性，是一種典型的兩性氫氧化物。由于氫氧化鋁堿性極弱，因此鋁鹽在水溶液里一般都容易發(fā)生水解反應(yīng)，并使溶液呈酸性。

【02】在本節(jié)里，我們將著重研究鋁的氧化物、氫氧化物以及幾種重要鋁鹽的性質(zhì)、用途和制法等。

氧化鋁Al?O?

【03】氧化鋁又稱礬土，是一種難熔的白色物質(zhì)（熔點在2000℃以上）。在自然界里有比較純凈的結(jié)晶氧化鋁存在，稱為剛玉，是無色透明而極硬的晶體，它的硬度僅次于金剛石。如果氧化鋁的晶體里含有微量其他金屬氧化物，就會顯現(xiàn)出美麗的顏色。帶有紅色（含有微量的氧化鉻）或藍(lán)色（含有微量鐵和鈦的氧化物）的透明剛玉晶體稱做紅寶石或藍(lán)寶石，把礬土在電爐里強熱使之熔化，并摻入微量的其他金屬氧化物，可以制得各種顏色的人造寶石，它在組成上或性能上和天然寶石相仿。人造寶石現(xiàn)在廣泛用作機器的高速轉(zhuǎn)動部分的軸承和鐘表的鉆石等。

【04】純氧化鋁可由灼熱氫氧化鋁而制得：

$2Al(OH)_3%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E7%81%BC%E7%83%AD%7DAl_2O_3%2B3H_2O%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91$

【05】這祥制得的氧化鋁是白色粉末狀物質(zhì)，它能溶解于酸，也能溶解于堿。當(dāng)氧化鋁跟酸反應(yīng)時，它是作為一種堿性氧化物來跟酸發(fā)生反應(yīng)的，反應(yīng)結(jié)果生成鋁鹽和水。例如，氧化鋁跟鹽酸的反應(yīng)：

$Al_2O_3%2B6HCl%3D2AlCl_3%2B3H_2O$

【06】或

$%0AAl_2O_3%2B6H%5E%2B%3D2Al%5E%7B%2B%2B%2B%7D%2B3H_2O%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91$

【07】當(dāng)氧化鋁跟堿反應(yīng)時，它又是作為一種酸性氧化物來參加反應(yīng)的，反應(yīng)結(jié)果生成偏鋁酸鹽【偏鋁酸HAlO?是由鋁酸H?AlO?失去1個水分子而成，它的鹽叫做偏鋁酸鹽，例如偏鋁酸鈉NaAlO?其中AlO??是-1價酸根】（或鋁酸鹽）和水。例如，氧化鋁跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成可溶性的偏鋁酸鈉和水：

$Al_2O_3%2B2NaOH%3D2NaAlO_2%2BH_2O$

$Al_2O_3%2B2OH%5E-%3D2AlO_2%5E-%2BH_2O$

【08】上述這個反應(yīng)，在前面講到鋁和堿的化學(xué)反應(yīng)時，已經(jīng)初步介紹過了。

【09】氧化鋁的晶體，在酸溶液和堿溶液里都難溶解。只有在高溫時，它能跟熔融苛性堿起反應(yīng)，生成偏鋁酸鹽。

氫氯化鋁Al(OH)?

【10】氫氧化鋁是不溶于水的（溶解度比氫氧化鎂更?。?，因此它不能由氧化鋁跟水直接化合而制得。和一般不溶性堿的制法一樣（參看第一冊§5-3）【山注，化1-5-03第44段，傳送門CV20825280】，氫氧化鋁可由鋁鹽跟可溶性堿反應(yīng)來制取。例如：

$%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91%0A%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0AAl_2(SO_4)_3%2B6NaOH%26%26%3D2Al(OH)_3%E2%86%93%2B3Na_2SO_4%5C%5C%0AAlCl_3%2B3NaOH%26%26%3DAl(OH)_3%E2%86%93%2B3NaCl%5C%5C%0A%E6%88%96%5Cquad%5Cquad%5Cquad%20Al%5E%7B%2B%2B%2B%7D%2B3OH%5E-%26%26%3DAl(OH)_3%E2%86%93%0A%5Cend%7Beqnarray%7D$

【11】由此所得的氫氧化鋁是一種凝膠狀的白色沉淀。把氫氧化鋁灼熱，即分解成為純凈的氧化鋁：

$2Al(OH)_3%5Cmathop%7B%3D%5C!%3D%7D%5Climits%5E%7B%E7%81%BC%E7%83%AD%7D%20Al_2O_3%2B3H_2O%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91$

【12】氫氧化鋁具有兩性，它一方面能夠跟酸反應(yīng)（中和）而溶解，生成鋁鹽和水；另一方面又能夠跟堿反應(yīng)（中和）而溶解，生成偏鋁酸鹽（偏鋁酸鹽比鋁酸鹽為穩(wěn)定，因此一般生成偏鋁酸鹽而不生成鋁酸鹽）和水，這時，氫氧化鋁就作為一種酸（鋁酸，分子式可以寫成H?AlO?）。例如：

$%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91%0A%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0A%26%26Al(OH)_3%2B3HCl%3DAlCl_3%2B3H_2O%5C%5C%0A%26%26H_3AlO_3%2BNaOH%3DNaAlO_2%2B2H_2O%0A%5Cend%7Beqnarray%7D$

【13】氫氧化鋁呈現(xiàn)兩性，是因為它在溶液里（氫氧化鋁雖然難溶于水，但并不是絕對不溶解的）存在著如下的動態(tài)平衡：

$Al%5E%7B%2B%2B%2B%7D%2B3OH%5E-%5Crightleftarrows%20Al(OH)_3%5Crightleftarrows%20H_3AlO_3%5Crightleftarrows%20H%5E%2B%2BAlO_2%5E-%2BH_2O$

【14】當(dāng)加入酸時，由于酸溶液里存在著多量的H?離子，跟溶液里的OH?離子結(jié)合成難電離的水分子，使溶液里的OH?離子大為減少，平衡向左方移動，最后反應(yīng)進(jìn)行近乎完全；當(dāng)加入堿時，由于堿液里存在著多量的OH?離子，跟溶液里的H?離子結(jié)合成難電離的水分子，使溶液里的H?離子大為減少，平衡向右方移動，最后反應(yīng)也進(jìn)行近乎完全。

【15】應(yīng)該指出，當(dāng)氫氧化鋁不和酸或堿相遇時，它這兩種電離趨勢都是極弱的【氫氧化鋁的酸性比堿性更弱】。用一般指示劑來檢驗氫氧化鋁的溶液，既檢驗不出它的堿性，也檢驗不出它的酸性。由此可以看出，氫氧化鋁的堿性只有當(dāng)它跟酸反應(yīng)時才顯現(xiàn)出來；它的酸性，也只有當(dāng)它跟堿反應(yīng)時才顯現(xiàn)出來。

1、硫酸鋁Al?(SO?)?

【16】硫酸鋁可由硫酸跟氧化鋁反應(yīng)而制得：

$Al_2O_3%2B3H_2SO_4%3DAl_2(SO_4)_3%2B3H_2O$

【17】工業(yè)上用熱的硫酸跟高嶺土Al?O?·2SiO?·2H?O反應(yīng)，硫酸鋁的晶體Al?(SO?)?·18H?O可自溶液里析出：

$Al_2O_3%C2%B72SiO_2%C2%B72H_2O%2B3H_2SO_4%2B13H_2O%3DAl_2(SO_4)_3%C2%B718H_2O%2B2SiO_2%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91$

【18】硫酸鋁是由強酸（硫酸）和弱堿（氫氧化鋁）所成的鹽，因此它溶解于水時即起水解反應(yīng)，溶液呈酸性：

$%25%2B%E3%80%90%E5%B1%B1%E6%B3%A8%EF%BC%8CB%E7%AB%99%E4%B8%93%E6%A0%8F%E5%85%AC%E5%BC%8F%E4%BB%A3%E7%A0%81%E3%80%91%0A%5Cbegin%7Beqnarray%7D%0AAl_2(SO_4)_3%2B6H_2O%26%26%5Crightleftarrows%202Al(OH)_3%2B3H_2SO_4%5C%5C%0A%E6%88%96%5Cquad%5Cquad%5Cquad%20Al%5E%7B%2B%2B%2B%7D%2B3H_2O%26%26%5Crightleftarrows%20Al(OH)_3%2B3H%5E%2B%0A%5Cend%7Beqnarray%7D$

【19】當(dāng)大量水時，硫酸鋁水解后生成微量的氫氧化鋁沉淀，具有很強的吸附能力，能吸附水里的懸浮物或微生物，一起沉入容器底部，因此硫酸鋁可以用作水的清凈劑。另外，在印染工業(yè)上，硫酸鋁常用作棉織物染色的媒染劑【硫酸鋁水解后的氫氧化鋁，能吸附可溶性染料，并與之化合成為不溶性物質(zhì)固著于纖維上，這種使染料固著于纖維上的媒介物，稱為媒染劑】，由于硫酸鋁的水溶液具有酸性，它可以代替硫酸用在泡沫滅火器里，也可加在焙粉【焙粉即發(fā)酵粉】里，使之跟碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。

2、硫酸鉀鋁KAl(SO?)?、礬

【20】在硫酸鋁溶液中加入等克分子的硫酸鉀，使之結(jié)晶，可得無色透明的硫酸鉀鋁晶體，普通稱為明礬，分子式是K?SO?·Al?(SO?)?·24H?O或KAl(SO?)?·12H?O。

【21】明礬是一種復(fù)鹽。凡在水溶液里能電離生成兩種陽離子和一種陰離子或兩種陰離子和一種陽離子的復(fù)雜鹽類，叫做復(fù)鹽。明礬在水溶液里能電離生成K?離子、Al???離子和SO???離子：

$KAl(SO_4)_2%5Crightleftarrows%20K%5E%2B%2BAl%5E%7B%2B%2B%2B%7D%2B2SO_4%5E%7B--%7D$

【22】由于明礬在溶液里也能電離出Al???離子和SO???離子，因此它可以代替硫酸鋁作凈水劑和棉織物染色的媒染劑。此外，在制革工業(yè)上要用大量的明礬來鞣革，在造紙工業(yè)上用它來上膠。經(jīng)過上膠后的紙，書寫時就不會化水。

【23】礬——1價金屬硫酸鹽跟3價金屬硫酸鹽結(jié)合生成具有通式為 $M_2%5E%E2%85%A0SO_4%C2%B7M_2%5E%E2%85%A2(SO_4)_3%C2%B724H_2O$ 或 $M%5E%E2%85%A0M%5E%E2%85%A2(SO_4)_2%C2%B712H_2O$ 的復(fù)鹽，總稱為礬。容易形成礬的1價金屬有Li、Na、K、Rb、Cs和NH??等，3價金屬有Al、Cr、Fe、Mn等。除上述的明礬外，常遇到的礬如：

【24】銨鐵礬(NH?)?SO?·Fe?(SO?)?·24H?O或NH?Fe(SO?)?·12H?O，

【25】鉀鉻礬K?SO?·Cr?(SO?)?·24H?O或KCr(SO?)?·12H?O，等等。

3、氯化鋁AlCl?

【26】在氯氣的氣流中加熱鋁，鋁跟氯直接化合生成氯化鋁。另外，在紅熱的氧化鋁和碳的混和物上通過氯氣，也可制得無水氯化鋁：

$Al_2O_3%2B3C%2B3Cl_2%3D2AlCl_3%2B3CO$

【27】氯化鋁是無色物質(zhì)，容易水解產(chǎn)生HCl和Al(OH)?，因此在潮濕空氣里會發(fā)煙。

【28】無水氯化鋁是石油和各種有機合成工業(yè)上常用的一種催化劑。

【29】當(dāng)鋁溶解于鹽酸中，可以結(jié)晶出含有6個分子結(jié)晶水的水合氯化鋁晶體AlCl?·6H?O。

習(xí)題4-2

1、氧化鋁晶體能用作耐火材料，是根據(jù)它的什么性質(zhì)？

2、用化學(xué)方程式表示下列各步反應(yīng)：

Al→AlCl?→Al(OH)?→NaAlO?→HAlO?[Al(OH)?]→Al?(SO?)?→Al(OH)?→Al?O?

3、鋁片投入濃氫氧化鉀溶液里會產(chǎn)生氫氣，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式。

4、以54克鋁（已除去氧化膜）跟過量苛性鈉溶液反應(yīng)，能生成多少升氫氣（在標(biāo)準(zhǔn)狀況下）？【氫氣67.2升】

5、用明礬為原料制備下列物質(zhì)，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式：

(1)明礬跟氨水反應(yīng)制取硫酸鉀和硫酸銨混和物；(2)氫氧化鋁；(3)氧化鋁；(4)偏鋁酸鈉。

【解】

$(1)2KAl(SO_4)_2%2B6NH_4OH%3D2Al(OH)_3%E2%86%93%2B3(NH_4)_2SO_4%2BK_2SO_4$

6、明礬的下列各種用途，各利用它的什么性質(zhì)？

(1)裝在滅火機里；(2)制焙粉；(3)作凈水劑。

7、寫出下列鹽類水解的離子方程式，并說明它們對石蕊的反應(yīng)各顯示什么顏色？

(1)氯化鋁；(2)偏鋁酸鈉。

8、用氯化鋁溶液跟氫氧化鈉溶液反應(yīng)來制取氫氧化鋁沉淀時，由于加入過量的堿，沉淀消失了。用什么方法可以重新得到沉淀？說明理由，并寫出化學(xué)方程式。[提示：加入適量稀鹽酸或再加氯化鋁溶液]

標(biāo)簽：化學(xué)中學(xué)鋁數(shù)理化自學(xué)叢書

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【種花家務(wù)·化學(xué)】3-4-02鋁的化合物——『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』

氧化鋁Al?O?

氫氯化鋁Al(OH)?

習(xí)題4-2