5铝盐和铝酸盐.ppt

第 21 章 p 区金属 21-1. 铝 镓分族 21-2. 锗分族 21-3. 锑和铋 21-4. p 区金属 6s 2 电子的稳定性 21-1 铝及其化合物 1 、铝的成键特征 ① Al 原子的价电子层结构为 3s 2 3p 1 ，在化合物中经常表现为 +3 氧化态。由于 Al 3+ 有强的极化本领，在化合物中常显共价，表现出缺电子特点。分子自身聚合或生成加合物。 ② 另外， Al 原子有空的 3d 轨道，与电子对给予体能形成配位数为 6 或 4 的稳定配合物。例如 Na3[AlF6 ] 、 Na[AlCl4 ] 等。 2 ° 铝是亲氧元素 (1) 铝一接触空气，其表面立即生成一层致密的氧化膜，阻止内层的铝被氧化，使铝在空气中有很高的稳定性。 (2) 铝同氧在高温下反应并放出大量的热： ??????????????? 2Al + 3O2 → Al2O3 Δ r H θ = -3339kJ/mol 利用这个反应的高反应热，铝常被用来从其它氧化物中置换金属，这种方法被称为铝热法。例如： ??????????????????? 2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe 在反应中放出的热量可以把反应混合物加热至很高的的温度 (3273K) ，使产物金属熔化而同氧化铝熔渣分层。铝热还原法常被用来焊接损坏的铁路钢轨（不需要先将钢轨拆除），这种方法也常被用来还原某些难以还原的金属氧化物如 MnO2 、 Cr2O3 等。 (3) 在高温下，铝也容易同其它非金属反应生成硫化物，卤化物等。 3 、铝的提取和冶炼 近代工业是用电解熔融氧化物的方法制备金属铝 4 、氧化铝和氢氧化铝 1 ° 氧化铝  Al2O3 有多种变体，其中最为人们所熟悉的是 α— Al2O3 和 γ— Al2O3 。它们都是难熔的与不溶于水的白色粉末。单质铝表面的氧化膜，既不是 α— Al2O3，也不是 γ— Al2O3，它是氧化铝的另一种变体。  自然界中存在的刚玉为 α— Al2O3，它的晶体属于六方紧密堆积结构， 6 个 O 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，晶格能大，所以 α— Al2O3的熔点（ 2288 ± 15K ）和硬度（ 8.8 ）都很高。它不溶于水，也不溶于酸或碱，耐腐蚀而且电绝缘性好。 加热使氢氧化铝脱水，在较低的温度下生成 γ— Al2O3。它的晶体属于面心立方紧密堆积构型。 Al 原子不规则的排列在由 O 原子围成的八面体和四面体空穴中。这种结构使 γ— Al2O3硬度不高，具有较大的表面积，粒子小，具有较高的吸附能力和催化活性，性质比 α— Al2O3活泼，较易溶于酸或碱溶液中。又名活性氧化铝，可以用做吸附剂和催化剂。 2 ° 氢氧化铝 Al2O3 的水合物一般称为氢氧化铝 Al(OH)3 ，加氨水或碱于铝盐溶液中，可以沉淀出体积蓬松的白色 Al(OH)3 沉淀 . 它是一种两性氢氧化物，但其碱性略强于酸性，仍属于弱碱 . ?????????????????????????????? Al3+ + 3OH- ═ Al(OH)3 ???????????????????????? Al(OH)3 + 3H+ ═ Al3+ + 3H2O ??????????????????????????? Al(OH)3 + OH- ═ Al(OH)4- Al(OH)3 不溶于 NH3 中，它与 NH3 不生成配合物。 Al(OH)3 和 Na2CO3 一同溶于氢氟酸中，则可以生成冰晶石 Na3AlF6 ： ???2Al(OH)3+12HF+3Na2CO3═ 2 Na3AlF6+3CO2↑+ 9 H2O 5 、铝盐和铝酸盐 金属铝、氧化铝或氢氧化铝与酸反应得到的产物是铝盐，铝在这里表现为金属；与碱反应得到的产物是铝酸盐，铝在这里表现为非金属。 1 ° 铝盐 铝盐都含有 Al 3+ 离子，在水溶液中 Al 3+ 是以八面体水合配离子的形式存在，它水解使溶液显酸性。 ??????????????? [Al(H2O)6 ] 3+ + H2O ═ [Al(H2O)5(OH)] 2+ + H3O +  [Al(H2O)5(OH)] 2+ 还将逐级水解，直至产生 Al(OH)3 沉淀。 铝盐溶液加热时会促进 Al3+水解而产生一部分 Al(OH)3 沉淀。 ???????????????? [Al(H2O)6 ]3+ ═ Al(OH)3 ↓ + 3H2O + 3H+ 在铝盐溶液中加入碳酸盐或硫化物会促使铝盐完全水解。 ???????????? 2Al3+ + 3CO32-