【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。  

第四章铝

§4-2铝的化合物

【01】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（参看第一册5-7）【山注，化1-5-07第07段，传送门CV20861055】。铝的氢氧化物的碱性不仅很弱（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般都容易发生水解反应，并使溶液呈酸性。

【02】在本节里，我们将着重研究铝的氧化物、氢氧化物以及几种重要铝盐的性质、用途和制法等。

氧化铝Al₂O₃

【03】氧化铝又称矾土，是一种难熔的白色物质（熔点在2000℃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。如果氧化铝的晶体里含有微量其他金属氧化物，就会显现出美丽的颜色。带有红色（含有微量的氧化铬）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蓝宝石，把矾土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。

【04】纯氧化铝可由灼热氢氧化铝而制得：

【05】这祥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，氧化铝跟盐酸的反应：

【06】或

【07】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，反应结果生成偏铝酸盐【偏铝酸HAlO₂是由铝酸H₃AlO₃失去1个水分子而成，它的盐叫做偏铝酸盐，例如偏铝酸钠NaAlO₂其中AlO₂⁻是-1价酸根】（或铝酸盐）和水。例如，氧化铝跟氢氧化钠溶液反应，生成可溶性的偏铝酸钠和水：

【08】上述这个反应，在前面讲到铝和碱的化学反应时，已经初步介绍过了。

【09】氧化铝的晶体，在酸溶液和碱溶液里都难溶解。只有在高温时，它能跟熔融苛性碱起反应，生成偏铝酸盐。

氢氯化铝Al(OH)₃

【10】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（参看第一册§5-3）【山注，化1-5-03第44段，传送门CV20825280】，氢氧化铝可由铝盐跟可溶性碱反应来制取。例如：

【11】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：

【12】氢氧化铝具有两性，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，因此一般生成偏铝酸盐而不生成铝酸盐）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：

【13】氢氧化铝呈现两性，是因为它在溶液里（氢氧化铝虽然难溶于水，但并不是绝对不溶解的）存在着如下的动态平衡：

【14】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，使溶液里的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，跟溶液里的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。

【15】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【氢氧化铝的酸性比碱性更弱】。用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。

1、硫酸铝Al₂(SO₄)₃

【16】硫酸铝可由硫酸跟氧化铝反应而制得：

【17】工业上用热的硫酸跟高岭土Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O反应，硫酸铝的晶体Al₂(SO₄)₃·18H₂O可自溶液里析出：

【18】硫酸铝是由强酸（硫酸）和弱碱（氢氧化铝）所成的盐，因此它溶解于水时即起水解反应，溶液呈酸性：

【19】当大量水时，硫酸铝水解后生成微量的氢氧化铝沉淀，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【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质固着于纤维上，这种使染料固着于纤维上的媒介物，称为媒染剂】，由于硫酸铝的水溶液具有酸性，它可以代替硫酸用在泡沫灭火器里，也可加在焙粉【焙粉即发酵粉】里，使之跟碳酸氢钠反应产生二氧化碳。

2、硫酸钾铝KAl(SO₄)₂、矾

【20】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，普通称为明矾，分子式是K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O或KAl(SO₄)₂·12H₂O。

【21】明矾是一种复盐。凡在水溶液里能电离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、Al⁺⁺⁺离子和SO₄⁻⁻离子：

【22】由于明矾在溶液里也能电离出Al⁺⁺⁺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。

【23】矾——1价金属硫酸盐跟3价金属硫酸盐结合生成具有通式为或的复盐，总称为矾。容易形成矾的1价金属有Li、Na、K、Rb、Cs和NH₄⁺等，3价金属有Al、Cr、Fe、Mn等。除上述的明矾外，常遇到的矾如：

【24】铵铁矾(NH₄)₂SO₄·Fe₂(SO₄)₃·24H₂O或NH₄Fe(SO₄)₂·12H₂O，

【25】钾铬矾K₂SO₄·Cr₂(SO₄)₃·24H₂O或KCr(SO₄)₂·12H₂O，等等。

3、氯化铝AlCl₃

【26】在氯气的气流中加热铝，铝跟氯直接化合生成氯化铝。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：

【27】氯化铝是无色物质，容易水解产生HCl和Al(OH)₃，因此在潮湿空气里会发烟。

【28】无水氯化铝是石油和各种有机合成工业上常用的一种催化剂。

【29】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。

习题4-2

1、氧化铝晶体能用作耐火材料，是根据它的什么性质？

2、用化学方程式表示下列各步反应：

Al→AlCl₃→Al(OH)₃→NaAlO₂→HAlO₂[Al(OH)₃]→Al₂(SO₄)₃→Al(OH)₃→Al₂O₃

3、铝片投入浓氢氧化钾溶液里会产生氢气，写出反应的化学方程式。

4、以54克铝（已除去氧化膜）跟过量苛性钠溶液反应，能生成多少升氢气（在标准状况下）？【氢气67.2升】

5、用明矾为原料制备下列物质，写出反应的化学方程式：

(1)明矾跟氨水反应制取硫酸钾和硫酸铵混和物；(2)氢氧化铝；(3)氧化铝；(4)偏铝酸钠。

【解】

6、明矾的下列各种用途，各利用它的什么性质？

(1)装在灭火机里；(2)制焙粉；(3)作净水剂。

7、写出下列盐类水解的离子方程式，并说明它们对石蕊的反应各显示什么颜色？

(1)氯化铝；(2)偏铝酸钠。

8、用氯化铝溶液跟氢氧化钠溶液反应来制取氢氧化铝沉淀时，由于加入过量的碱，沉淀消失了。用什么方法可以重新得到沉淀？说明理由，并写出化学方程式。[提示：加入适量稀盐酸或再加氯化铝溶液]