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（A29）2011-2012高中化学大纲版、第三册、、第6章、第1节、制备实验方案的设计（备课资料）
●备课资料
一、铝的重要化合物
1.氧化铝
Al2O3为一种白色无定形粉末。它有多种变体，其中最为人们所熟悉的是α—Al2O3和
γ—Al2O3。
自然界存在的刚玉为α—Al2O3。它也可以由金属铝在O2中燃烧或者灼烧Al(OH)3及某些铝盐［Al(NO3)3、Al2(SO4)3］而得到。α—Al2O3的晶体属于六方紧密堆积构型，氧原子按六方紧密堆积方式排列，6个氧原子围成一个八面体，在整个晶体中有2/3的八面体孔穴为Al原子所占据。由于这种紧密堆积结构，加上晶体中Al3＋与O2－之间的吸引力强，晶格能大，所以α—Al2O3的熔点(2288±15 K)和硬度(8.8)都很高。它不溶于水，也不溶于酸或碱。
在温度为723 K(450℃)左右时，将Al(OH)3偏氢氧化铝AlO(OH)或铝铵矾(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O加热，令其分解，则得到γ—Al2O3。γ—Al2O3晶体属于立方面心紧密堆积构型，Al原子不规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。这种Al2O3不溶于水，但能溶于酸或碱，强热至1273 K(1000℃)，即转变为α—Al2O3。所以在高温下稳定的是α—Al2O3,γ—Al2O3只在低温下稳定。
刚玉由于含有不同杂质而有多种颜色。例如含微量Cr(Ⅲ)的呈红色，称为红宝石；含Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的称为蓝宝石；含少量Fe3O4的称为刚玉粉。将任何一种水合氧化铝加热至1273 K(1000℃)以上，都可以得到α—Al2O3。工业上用高温电炉或氢氧焰熔化氢氧化铝以制得人造刚玉。刚玉及刚玉粉用作腐蚀剂和抛光剂，可用以制造机器轴承和钟表中的钻石，它也是优良的耐火材料和电的绝缘体。
γ—Al2O3的粒子小，具有强的吸附能力和催化活性，所以又名活性氧化铝，可以用作吸附剂和催化剂。
金属铝表面的氧化膜是氧化铝的另一种变体。
2.氢氧化铝
Al2O3的水合物一般都称为氢氧化铝。它可以由多种方法形成。加氨水或碱于铝盐溶液中，得一种白色无定形凝胶沉淀。它的含水量不定，组成也不均匀，统称为水合氧化铝。无定形水合氧化铝在溶液内静置即逐渐转变为结晶的偏氢氧化铝AlO(OH)，温度越高，这种转变越快。若在铝盐中加弱酸盐碳酸钠或醋酸钠，加热，则有偏氢氧化铝与无定形水合氧化铝同时生成。只有在铝酸盐溶液中通入CO2，才能得到真正的氢氧化铝白色沉淀，称为正氢氧化铝。结晶的正氢氧化铝与无定形水合氧化铝不同，它难溶于酸，而且加热到373K也不脱水；在573 K下，加热两小时，才能变为AlO(OH)。
氢氧化铝是两性的，其碱性略强于酸性，但仍属弱碱。可用以制药物。它在溶液中按下式作两种方式的电离：
Al3＋＋3OH－Al(OH)3=H3AlO3H＋＋AlO＋H2O
加酸，则上列平衡向左移动，生成含Al3＋的铝盐；加碱，平衡朝右移动，生成含AlO的铝酸盐。如
Al(OH)3＋3HNO3===Al(NO3)3＋3H2O
Al(OH)3＋KOH===KAlO2＋2H2O
3.铝盐
铝盐都含有Al3＋。Al3＋在水溶液中，实际上以八面体的水合络离子［Al(H2O)6］3＋而存在。它在水中解离，而使溶液显酸性，这也就是铝盐的水解作用。如
［Al(H2O)6］3＋＋H2O［Al(H2O)5OH］2＋＋H3O＋
［Al(H2O)5OH］2＋还将逐级解离。因为Al(OH)3是难溶的弱碱，一些弱酸(如H2CO3、H2S、HCN等)的铝盐在水中几乎完全或大部分水解。所以弱酸的铝盐如Al2S3及Al2(CO3)3等不能用湿法制得。在铝盐溶液中加入碳酸钠，产物是Al(OH)3，即水合氧化铝。
2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑
4.铝酸盐
固态的铝酸盐有NaAlO2和KAlO2等，它们常以水合物形式存在。用干法也可以制得NaAlO2。
Al2O3＋2NaOH2NaAlO2＋H2O
在水溶液中尚未找到AlO这样的离子。由于离子在水中与水分子之间有作用，要确定水溶液中的离子结构是比较困难的。AlO在水中很可能是以Al(OH)［或Al(OH)4(H2O)］及Al(OH)等络离子形式存在的。拉曼光谱已证实有Al(OH)存在。因此，像Al与NaOH溶液的反应应表示为：
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na［Al(OH)4］＋3H2↑
为了书写方便，溶液中的Al(OH)和Al(OH)往往也简写为AlO和AlO。相应的盐统称为铝酸盐，其中含有Al(OH)或AlO的也称为偏铝酸盐。
铝酸盐水解使溶液显碱性，水解反应式如下：
AlO＋2H2OAl(OH)3＋OH－
在这溶液中通入CO2,将促进水解的进行而得到真正的氢氧化铝沉淀。工业上利用这反应从铝土矿制取纯Al(OH)3和Al2O3。方法是：先将铝土矿与烧碱共热，使矿石中的Al2O3转变为可溶性的偏铝酸钠，使溶于水，然后通入CO2，即得到Al(OH)3沉淀，滤出沉淀，经过煅烧即成Al2O3。
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
2NaAlO2＋CO2＋H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
这样制得的Al2O3，可用于冶炼金属铝。
将上法得到的Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氢氟酸，则得到电解法制铝所需要的溶剂冰晶石Na3AlF6。
2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O
重要的铝盐有卤化物和硫酸盐。
二、实验室常见气体之制取

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