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（A29）2011-2012高中化學大綱版、第三冊、、第6章、第1節、制備實驗方案的設計（備課資料）
●備課資料
一、鋁的重要化合物
1.氧化鋁
Al2O3為一種白色無定形粉末。它有多種變體，其中最為人們所熟悉的是α—Al2O3和
γ—Al2O3。
自然界存在的剛玉為α—Al2O3。它也可以由金屬鋁在O2中燃燒或者灼燒Al(OH)3及某些鋁鹽［Al(NO3)3、Al2(SO4)3］而得到。α—Al2O3的晶體屬于六方緊密堆積構型，氧原子按六方緊密堆積方式排列，6個氧原子圍成一個八面體，在整個晶體中有2/3的八面體孔穴為Al原子所占據。由于這種緊密堆積結構，加上晶體中Al3＋與O2－之間的吸引力強，晶格能大，所以α—Al2O3的熔點(2288±15 K)和硬度(8.8)都很高。它不溶于水，也不溶于酸或堿。
在溫度為723 K(450℃)左右時，將Al(OH)3偏氫氧化鋁AlO(OH)或鋁銨礬(NH4)2SO4·Al2(SO4)3·24H2O加熱，令其分解，則得到γ—Al2O3。γ—Al2O3晶體屬于立方面心緊密堆積構型，Al原子不規則地排列在由氧原子圍成的八面體和四面體孔穴中。這種Al2O3不溶于水，但能溶于酸或堿，強熱至1273 K(1000℃)，即轉變為α—Al2O3。所以在高溫下穩定的是α—Al2O3,γ—Al2O3只在低溫下穩定。
剛玉由于含有不同雜質而有多種顏色。例如含微量Cr(Ⅲ)的呈紅色，稱為紅寶石；含Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)或Ti(Ⅳ)的稱為藍寶石；含少量Fe3O4的稱為剛玉粉。將任何一種水合氧化鋁加熱至1273 K(1000℃)以上，都可以得到α—Al2O3。工業上用高溫電爐或氫氧焰熔化氫氧化鋁以制得人造剛玉。剛玉及剛玉粉用作腐蝕劑和拋光劑，可用以制造機器軸承和鐘表中的鉆石，它也是優良的耐火材料和電的絕緣體。
γ—Al2O3的粒子小，具有強的吸附能力和催化活性，所以又名活性氧化鋁，可以用作吸附劑和催化劑。
金屬鋁表面的氧化膜是氧化鋁的另一種變體。
2.氫氧化鋁
Al2O3的水合物一般都稱為氫氧化鋁。它可以由多種方法形成。加氨水或堿于鋁鹽溶液中，得一種白色無定形凝膠沉淀。它的含水量不定，組成也不均勻，統稱為水合氧化鋁。無定形水合氧化鋁在溶液內靜置即逐漸轉變為結晶的偏氫氧化鋁AlO(OH)，溫度越高，這種轉變越快。若在鋁鹽中加弱酸鹽碳酸鈉或醋酸鈉，加熱，則有偏氫氧化鋁與無定形水合氧化鋁同時生成。只有在鋁酸鹽溶液中通入CO2，才能得到真正的氫氧化鋁白色沉淀，稱為正氫氧化鋁。結晶的正氫氧化鋁與無定形水合氧化鋁不同，它難溶于酸，而且加熱到373K也不脫水；在573 K下，加熱兩小時，才能變為AlO(OH)。
氫氧化鋁是兩性的，其堿性略強于酸性，但仍屬弱堿。可用以制藥物。它在溶液中按下式作兩種方式的電離：
Al3＋＋3OH－Al(OH)3=H3AlO3H＋＋AlO＋H2O
加酸，則上列平衡向左移動，生成含Al3＋的鋁鹽；加堿，平衡朝右移動，生成含AlO的鋁酸鹽。如
Al(OH)3＋3HNO3===Al(NO3)3＋3H2O
Al(OH)3＋KOH===KAlO2＋2H2O
3.鋁鹽
鋁鹽都含有Al3＋。Al3＋在水溶液中，實際上以八面體的水合絡離子［Al(H2O)6］3＋而存在。它在水中解離，而使溶液顯酸性，這也就是鋁鹽的水解作用。如
［Al(H2O)6］3＋＋H2O［Al(H2O)5OH］2＋＋H3O＋
［Al(H2O)5OH］2＋還將逐級解離。因為Al(OH)3是難溶的弱堿，一些弱酸(如H2CO3、H2S、HCN等)的鋁鹽在水中幾乎完全或大部分水解。所以弱酸的鋁鹽如Al2S3及Al2(CO3)3等不能用濕法制得。在鋁鹽溶液中加入碳酸鈉，產物是Al(OH)3，即水合氧化鋁。
2Al3＋＋3CO＋3H2O===2Al(OH)3↓＋3CO2↑
4.鋁酸鹽
固態的鋁酸鹽有NaAlO2和KAlO2等，它們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這樣的離子。由于離子在水中與水分子之間有作用，要確定水溶液中的離子結構是比較困難的。AlO在水中很可能是以Al(OH)［或Al(OH)4(H2O)］及Al(OH)等絡離子形式存在的。拉曼光譜已證實有Al(OH)存在。因此，像Al與NaOH溶液的反應應表示為：
2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na［Al(OH)4］＋3H2↑
為了書寫方便，溶液中的Al(OH)和Al(OH)往往也簡寫為AlO和AlO。相應的鹽統稱為鋁酸鹽，其中含有Al(OH)或AlO的也稱為偏鋁酸鹽。
鋁酸鹽水解使溶液顯堿性，水解反應式如下：
AlO＋2H2OAl(OH)3＋OH－
在這溶液中通入CO2,將促進水解的進行而得到真正的氫氧化鋁沉淀。工業上利用這反應從鋁土礦制取純Al(OH)3和Al2O3。方法是：先將鋁土礦與燒堿共熱，使礦石中的Al2O3轉變為可溶性的偏鋁酸鈉，使溶于水，然后通入CO2，即得到Al(OH)3沉淀，濾出沉淀，經過煅燒即成Al2O3。
Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O
2NaAlO2＋CO2＋H2O===2Al(OH)3↓＋Na2CO3
2Al(OH)3Al2O3＋3H2O
這樣制得的Al2O3，可用于冶煉金屬鋁。
將上法得到的Al(OH)3和Na2CO3一同溶于氫氟酸，則得到電解法制鋁所需要的溶劑冰晶石Na3AlF6。
2Al(OH)3＋12HF＋3Na2CO3===2Na3AlF6＋3CO2＋9H2O
重要的鋁鹽有鹵化物和硫酸鹽。
二、實驗室常見氣體之制取

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