张伟随笔376∣高三化学一轮复习“铝”

铝

氧硅铝铁四种元素是地壳中含量最高的四种元素，所以，很多无机工艺流程题中使用的矿物、废渣等基本都含有这四种元素，以除铁和除铝最为常见。

元素化合物的复习，来到铝，仍然先画价类二维图，铝的常见价态是+3，铝合金用途广泛；氧化铝有多种性质不同的晶型；氢氧化铝是两性氢氧化物，有酸式电离和碱式电离；铝盐如氯化铝，偏铝酸盐如偏铝酸钠等，是我们这一节研究的对象。

1铝的存在

地壳中铝元素的质量分数为8.8%，常见的含铝矿物有“铝土矿”，这是一种水铝矿、粘土矿及石英的混合物，三羟铝石则为β-氢氧化铝为主的矿物，刚玉主要成分为α-氧化铝。

用来冶炼铝的典型铝土矿，按照质量分数计，通常含氧化铝40%-60%，二氧化硅1%-15%，氧化铁7%-30%，二氧化钛1%-5%，结合水占12%-13%。

2铝的结构和物理性质

铝元素在周期表中处于p区，第三周期，第IIIA族，价层电子排布式为3s2 3p1，第三电离能和第四电离能之间差距达到90000eV。

铝单质熔点为660.37℃，沸点高达2467℃，是金属晶体，密度为水的2.6989倍，外观是银白色，莫氏硬度为2.75（参考金刚石为10，金属钠为0.4）.

3铝单质的常见化学性质

铝是活泼金属，化学性质全部体现在还原性上。

铝和氧气反应，无论是否打磨过，铝箔在酒精灯火焰上灼烧，现象均为发红卷缩，熔化而不滴落，因为表面迅速生成致密氧化膜，熔点高达2000多℃，高于酒精灯火焰的温度，铝的熔点低于酒精灯火焰的温度，被氧化铝包裹着，在内部熔化了，却不会滴落。

正因为铝可以形成致密的氧化膜，铝合金具有耐火的性质，这种晶型的氧化铝性质稳定，耐酸碱，是建筑常用的材料。

铝可以和沸水反应，生成氢氧化铝和氢气，氢氧化铝的分解温度为300℃，在沸水中并不分解。

打磨过的铝投入稀盐酸和稀氢氧化钠溶液中，均立即冒出大量气泡，即氢气。铝和盐酸反应，生成氯化铝和氢气，这和常见金属的反应规律一样，而铝和氢氧化钠溶液的反应，则不寻常，很多同学用“4个2，1个3”来记忆这个反应式。

铝和铁在常温下可以被浓硫酸、浓硝酸钝化，钝化肯定是化学变化，生成的是比较复杂的致密氧化物。

同学们看我在教室做过的“焰火”实验，也就是铝热反应，印象很深，是在高温下，铝置换出氧化铁等金属氧化物中的高熔点金属的反应。

4铝的氧化物

氧化铝有多种晶型，8种变体，有一种可以和稀盐酸或者氢氧化钠溶液反应，生成氯化铝或者偏铝酸钠。添加冰晶石等助溶剂后，氧化铝熔融电解，可以冶炼得到金属铝。

5氢氧化铝

氢氧化铝在300℃时，分解为氧化铝和水，可以溶于稀盐酸或者稀氢氧化钠溶液，是一种两性氢氧化物。在化工流程题中，铝离子通常以氢氧化铝的方式被沉淀除去。

6微考点“开始沉淀和沉淀完全的pH”

以氢氧化铝为例，如果此时溶液中铝离子的浓度与氢氧根离子浓度的立方相乘，得到的浓度熵与氢氧化铝的溶度积常数相比较，浓度熵小一些，则没有沉淀，如果刚好相等，即将有沉淀，这时候的pH叫做开始沉淀的pH，等到铝离子浓度降到10的-5次方时，再通过溶度积常数计算得到氢氧根的平衡浓度，取负对数，就是pOH，常温下用14减去pOH，就是铝离子沉淀完全的pH。

用同样的方法，就可以计算出各种金属离子从0.01mol/L降到0.00001mol/L时的pH，也就是开始沉淀和沉淀完全的pH。

例如，氢氧化铁是（2.20，3.20】，而氢氧化铝是（3.89，4.89】，紧接着是氢氧化铜，是（5.34，6.84】。

如果溶液中要除杂，可以通过调节pH，依次除去这些金属离子，例如，pH调到大于3.20，而小于3.89，则氢氧化铁沉淀完全了，氢氧化铝尚未开始沉淀，这时候就可以先过滤出氢氧化铁，实现分离，随后，再调到大于4.89、小于5.34就可以使氢氧化铝沉淀完全而除去。值得注意的是，氢氧化亚铁虽然也有这样类似的规律，但该絮状沉淀不容易沉淀，一般用过氧化氢或者其它氧化剂将亚铁离子氧化为三价铁离子，再转化为氢氧化铁沉淀而除去。

7铝盐和偏铝酸盐

氯化铝中加入氢氧化钠溶液，首先生成氢氧化铝沉淀，如果继续滴加，氢氧化铝会溶解，生成偏铝酸钠，这种方法制备氢氧化铝的话，不太好控制碱的量。

氯化铝中加入氨水，则可以生成氢氧化铝沉淀且不溶解。

偏铝酸钠溶液中加入稀盐酸，按照物质的量1：1生成氢氧化铝沉淀，盐酸过量后，氢氧化铝溶解得到氯化铝溶液。同样的，这样的方法制备氢氧化铝效果也不好。

如果向偏铝酸钠溶液中通入二氧化碳气体，可以制得氢氧化铝沉淀。至于二氧化碳转变成什么，可以根据电离平衡常数的大小判断，碳酸的一级电离常数和二级电离常数均大于氢氧化铝的酸式电离常数，所以，二氧化碳少量，产物是碳酸根离子，二氧化碳过量，一级电离的氢离子都用不完，产物自然就是碳酸氢根离子。

8微考点“三氯化铝的制备”

三氯化铝，是一种重要的有机催化剂，也是一种易升华、易水解的分子。制备三氯化铝，需要提前制备氯气，除杂并干燥很重要，还需要防止三氯化铝水解，通往产品室的导气管也要足够粗，因为防止三氯化铝气体凝华后堵塞导管，做到这几条，就没问题。

9微考点“三氯化铝的催化作用”

同学们很喜欢有机化学，找到了规律就感觉到容易一些，其中，我讲过付克尔烷基化反应和付克尔酰基化反应，使用“路易斯酸”三氯化铝做催化剂，苯和叔丁基氯可以发生取代反应，生成叔丁基苯。

同样用三氯化铝做催化剂，苯和乙酰氯发生取代反应，就可以生成甲基苯基酮。

10铝土矿练铝

这类题型中，通常含有铁、硅等元素的杂质，利用氢氧化铝的两性，采用“强酸-强碱-弱酸”或“强碱-强酸-弱碱”的方法，先让铝元素留在水溶液中，待杂质沉淀出去后，再将铝元素沉淀出来。

11题型训练

11.1方程式正误

我整理了18个考型，考查了铝单质和其化合物的化学性质。有一种明矾和氢氧化钡反应的题，要注意明矾中铝离子和硫酸根离子的比例是1：2，根据氢氧化钡的用量来写产物。

11.2NA

注意，铝单质发生氧化还原反应时，转移的电子数是1：3，铝离子是10电子微粒，但同时含有13个质子，正电荷数为3。

像铝离子或者偏铝酸盐的溶液，因为水解的原因，铝离子或偏铝酸根离子的浓度，肯定小于该盐的初始浓度。

11.3电化学

无论是什么电化学素材，起点高、落点低。

先判断该电化学装置是原电池还是电解池，或是二次电池。原电池的负极失电子，发生氧化反应，正极发生得电子的还原反应，一般，负负正正，阴离子去负极，阳离子去正极，质子交换膜也就是氢离子交换膜，只允许氢离子通过，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜当然只允许阴离子通过。电子流向，由负极出来，经过外电路，来到正极。

电解池，和电源正极相连的电极是阳极，发生失电子的氧化反应，和电源负极相连的电极是阴极，发生得电子的还原反应。阳极如果是活性电极，自身失电子，如果是石墨、铂等惰性电极，则根据溶液中粒子的还原性强弱来确定失电子的物质。在阴极，氧化性强的粒子在这里得电子，通常是银铁铜氢离子之一。

铝的电化学题，用于海水中比较常见，但很少考到铝和氢氧化钠组成原电池的情况。

11.4元素化合物、STSE、离子平衡

元素化合物的考查，比较集中在物质的化学性质，以氢氧化铝相关的比较多。

STSE中常见氢氧化铝的用途之一，胃酸中和剂。明矾的净水等。

离子平衡中，涉及到的主要是氢氧化铝的沉淀条件，这和无机题中的情境类似。

11.5小实验

可以考氨气通入氯化铝溶液中，铝被钝化，氯化铝的制备等。

不要以为掌握了铝的所有方程式，就足够了。素养立意之下，我们要体会化学学科的观念，氧化还原反应，非氧化还原反应，阅读理解很重要，迁移和模仿是必要的。答题技巧和策略也是要学习的。所以，我们从10月以来一直持续的学生讲解每日一题，大家热情高涨，你方唱罢我登场，好不热闹。

复习完钠、镁、铝之后，元素化合物的复习模式大家就熟悉了，再加上每日一题的训练和学生自己的讲解，希望我们可以做到无论什么时候高考，都可以自信上场。