鋁及其重要化合物

鋁單質

鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素，然而對鋁金屬的利用卻是近代（1825年）才開始的。這是由於鋁的化學性質較為活潑，把鋁從其化合物中還原出來較為困難的緣故。

冰晶石(主要成分為 ${\ce {Na3AlF6}}$ )能降低 ${\ce {Al2O3}}$ 的熔點。

工業上主要通過電解 ${\ce {Al2O3}}$ 來製取鋁。

{\ce {2Al2O3(l)->[electrolysis][Na_{3}AlF_{6}]4Al{+}3O2\uparrow }}

鋁及其合金由於具有低密度、耐腐蝕及易加工的特點，被廣泛應用於航空航天、交通及結構領域^[1]。

觀察鋁在元素周期表中所占的位置，我們會發現它剛好在金屬與非金屬的分界線附近；這使得鋁除了擁有一般的金屬所具備的性質之外，還有其他一些奇特的化學性質。

分別向裝有鹽酸和氫氧化鈉溶液的試管中投入鋁箔，觀察現象。

除了可以和酸反應外，鋁單質還能與鹼反應，且同樣能產生氫氣。

{\ce {2Al{+}2OH^{-}{+}6H2O->2[Al(OH)4]^{-}{+}3H2\uparrow }}

^[2]

鋁的這種既能與酸反應又能與鹼反應的化學性質被稱之為「兩性」，這種性質和鋁在周期表中的位置有關。在之後的鋁的相關化合物的學習中我們將能更深刻地體會到這點。

我們知道，生鐵暴露在潮濕空氣中很容易生鏽，時間一長更會「從里鏽到外」。從金屬活動順序表中我們能得到，鋁是要比鐵更活潑的；但同時我們也清楚，生活中鋁器不如鐵器那麼容易生鏽。這是為什麼呢？

鋁在空氣中會被氧化為氧化鋁，加熱可以加速這一過程。我們通過以下的實驗來探究這個問題吧！

我們可以發現，這兩片鋁箔都出現了熔而不滴的現象。鋁的熔點在660°C，酒精燈的火焰可以達到這個溫度。但鋁在高溫中會迅速與空氣中的氧氣反應，形成一層緻密的氧化膜。Al₂O₃的熔點在2054 °C，可以阻止鋁的進一步反應。這層氧化膜很薄，通常在生活生產中還需要通過陽極處理等方式加厚。

氧化鋁的俗名是剛玉，其硬度大、耐高溫，可做磨料和耐火材料（如坩堝）；某些天然寶石的主要成分也是氧化鋁。氧化鋁幾乎不溶於任何溶劑，但易溶於酸或鹼。

{\ce {Al2O3{+}6H+->2Al^{3+}{+}3H2O}}

{\ce {Al2O3{+}2OH^{-}{+}3H2O->2[Al(OH)4]^{-}}}

我們知道，和酸反應只生成鹽和水的氧化物被稱之為鹼性氧化物，如Fe₂O₃；和鹼反應只生成鹽和水的氧化物被稱之為酸性氧化物，如CO₂。顯然，Al₂O₃同時滿足這兩個定義，所以我們稱之為兩性氧化物。

{\ce {Al^{3+}{+}3OH^{-}->Al(OH)3v}}

{\ce {Al(OH)3{+}OH^{-}->{[}Al(OH)4{]}^{-}}}

{\ce {Al(OH)3{+}3H+->Al^{3+}{+}3H2O}}

{\ce {2Al(OH)3->[\bigtriangleup ]Al2O3{+}3H2O}}

↑ Wikipedia:鋁#鋁的應用
↑ ${\ce {[Al(OH)4]^{-}}}$ (四羥基合鋁酸根離子)在早期曾被認為是 ${\ce {AlO2-}}$ (偏鋁酸根離子)，後來這被證明是錯誤的，但某些教材和資料為表達方便仍採用了後者的形式。