前面讲过,铝在元素周期表里正好处在从金属元素过渡到非金属元素的中间位置。铝的这一特点,特别明显地反映在铝的化合物的性质上.例如铝的氧化物既表现碱性氧化物的性质,又表现出酸性氧化物的性质,是一种两性氧化物.铝的氢氧化物的破性不仅很弱(比氢氧化镁弱得多),而且在一定条件下还能表现出酸性,是一种典型的两性氢氧化物。由于氢氧化铝碱性极弱,因此铝盐在水溶液里一一般都容易发生水解反应,并使溶液呈酸性。
在本节里,我们将着重研究假的氧化物、会氧化物以及儿种重要铝盐的性质、用途和制法等。
氧化铝(AL2h03)氧化铝又称矾土,是一种难培的白色物质(熔点在2000C以上)在自然界里有比较纯净的结晶氧化铝存在,称为刚玉,是无色透明而极硬的晶体,它的硬度仅次于金刚石,如果氧化铝的品体里含有微量其化金属氧化物,就会显现出美丽的颜色,带有红色(含有微量的氧化俗)或蓝色(含有微量铁和钛的氧化物)的透明刚玉晶体称做红宝石或监宝石。把矾士在电炉里强热使之熔化,并掺入微量的其他金属氧化物,可以制得各种颜色的人造宝石,它在组成上或性能上和天然宝石相仿。人造宝石现在广泛用作机器的高速转动部分的轴承和钟表的钻石等。
纯氧化铝可由灼热氢氧化铝而制得:
这样制得的氧化铝是白色粉末状物质,它能溶解于酸,也能溶解于碱,当氧化铝跟酸反应时,它是作为一种碱性氧化物来
跟酸发生反应的,反应结果生成铝盐和水。例如,氧化侣跟盐酸的反应:
Al2O3 +6HCI = 2AlCl3+3H2O
或
Al203+6H+ = 2A1++++3H2O
当氧化铝跟碱反应时,它又是作为一种酸性氧化物来参加反应的,反应结来生成偏侣敢盐D (或组酸盐)和水。例如,氧化
侣眼忽氧化钠溶液反应,生成可溶性的偏铝酸纳和水:
Al2O3+ 2NaOH = 2NaA1O2+H2O
或
AL2O3+2OH-=2A1O2-H2O
①偏铝酸(HA1O2)是由(H3A1O3)失去1个水分子而成,它的盐叫做偏铝酸盐,例如偏铝酸钠(NAA1O2),其中A1O2-是-1价酸根。
上述这个反应,在前面讲到相和威的化学反应时,已经初步介绍过了。
氢氧化铝[Al(OH)3] 氢氧化铝是不溶于水的(溶解度比氢氧化镁更小),因此它不能由氧化铝跟水直接化合而制
得。和一般不溶性碱的制法一样,氢氧化趋势都铝可由铝盐跟可溶性碱反应来制取.例如:
Al2(SO4)s+ 6NaOH = 2A1(OH)3↓+3N1a2SO4
AlC13+3NaOH = Al(OH)3↓+3NaCl
或
A1+++3OH-= Al(OH)3↓
由此所得的氢氧化铝是一种凝胶状的白色沉淀,把氢氧化铝灼热,即分解成为纯净的氧化铝:
氢氧化侣具有两性,它一方面能够跟酸反应(中和)而溶解,生成铝盐和水;另一方面又能够跟碱反应(中和)而溶解,生成偏铝酸盐(偏铝酸盐比铝酸盐为稳定,因此一般生成偏铝酿盐而不生成铝酸盐)和水,这时,氢氧化铝就作为一种酸《铝酸,分子式可以写成H3AlO3).例如:
Al(OH)a+3HCl= AlCI3+3H2O
H3AlO3+NaOH = NaAlO2+2H20
氢氧化铝呈现两性,是因为它在溶液里(氢销化铝虽然难溶于谁,但并不是绝对不溶解的)存在春下的动态平衡:
当加入酸时,由于酸溶液里存在着多量的H+离子,跟溶液里的OH-离子结合成难电离的水分子,使格液里的OH-离子大为减少,平衡向左方移动,最后反应进行近乎完全;当加入碱时,由于碱液里存在着多量的OH-离子,跟榕液里的H+离子结合成难电离的水分子,使溶液里的H+离子大为减少,平衡向右方移动,最后反应也进行近乎完全。
应该指出,当氢氧化铝不和酸或碱相遇时,它这两种电离趋势都是极弱的①.用一一般指示剂来检验氢氧化铝的溶液,
既检验不出它的碱性,也检验不出它的酸性,由此可以看出,氢氧化铝的碱性只有当它跟酸反应时才显现出来;它的酸性,
也只有当它跟碱反应时才显现出来。
铝盐
1.硫酿铝[Al2(SO4)3]硫酸铝可由硫酸跟氧化铝反应而制得:
Al2O3+3H2SO4 = Al2(SO4)3+3H2O
工业上用热的硫酸跟高岭士(AL,O, 2SiO,*2H.O)反应,硫酸铝的晶体[AL2(SO4)3.18H2O]可自溶液里析出:
A12O3.2SiO2-2H2O +3H2SO4+ 13H2O= Al2(SO4)3.18H2O+2SiO 2
硫酸铝是由强限(硫酸)和羽碱(氢氧化信)所成的盐,因此它榕解于水时即起水解反应,溶液呈酸性:
当大量水时,硫酸铝水解后生成微量的亲氧化铝沉淀,具有很强的吸附能力,能吸附水里的悬浮物或微生物,一起沉入
容器底部,因此硫酸铝可以用作水的清净剂,另外,在印染工业上,硫酸铝常用作棉织物染色的媒染剂①.由于硫酸铝的水溶液具有酸性,它可以代替硫酸用爱泡沫灭火器荔,也可加在培粉②荔,使之跟碳酸氢钠反应产生二氧化碳。
①氢氧化铝的最性比破性更弱。
2.硫酸钾[KA1(SO4)]、矾 在硫酸铝溶液中加入等克分子的硫酸钾,使之结晶,可得无色透明的硫酸钾铝晶体,称之为明矾,分子式是K2SO4.A12(SO4)3.24H2O.或KA1(SO4)2.12H2O
明矾是一种复盐,凡在水溶液荔能电力生成两种阳离子和一种阴离子或两种阴离子和一种阳离子的复杂盐类,叫做复盐。明矾在水溶液里能电离生成K+离子、A1+++离子和SO4=离子:
由于明矾在溶液里也能电离出A1+++离子和SO4=离子,因此它可以代替硫酸铝作净水剂和棉织物染色的媒染剂。此外,在制革工业上要用大量的明矾来鞣革,在造纸工业上用它来上胶.经过上胶后的纸,书写时就不会化水。
矾一1价金属硫酸盐跟3价金属硫酸盐结合生成具有通式为MI2SO4. MIII2(SO43).24H2O或 MIMIII(SO4)2.12h2o的复盐,总称为矾.容易形成矾的1价金属有Ii. Na.K. Rb.Cs和NH等,3价金属有Al. Cr. Fe, Mn等.除上述的明矾外,常遇到的矾如:
铵铁矾 (NH4)2SO4. Fe2(SO4)3-24H2O或NH4Fe(SO4)2:12H2O,
钾铬矾 K2SO4.Cr2(SO4)3.24H2O 或KCr(SO4)2 12H2O 等等.
①硫酸铝水解后的氢氧化铝,能吸附可溶性染料,并与之化合成为不溶性物
贡固着于纤维上。这种使染料固着于纤维上的媒介物,称为媒染剂。
②焙粉即发酵粉.
3.氧化铝(AlCl3) 在氯气的气流中加热铝,铝跟氯直接化合生成氧化绍,另外,在红热的氧化铝和碳的混和物上通过氯气,也可制得无水氯化铝:
Al2O3+3C+3Cl2 = 2A1CI3+3CO
氯化铝是无色物质,容易水解产生HC1和Al(OH)3;因此在潮湿空气里会发烟,无水氧化铝是石油和各种有机合成工业上常用的一种催化剂.
当铝溶解于盐酸中,可以结晶出含有6个分子结晶水的水合氯化铝晶体(AlCl3.6H2O)。