铝元素

引入

铝在地壳中是含量最多的金属元素，但人类真正有能力大规模开发铝，是在 1886 年霍尔-埃鲁法发明以后。

这个时间差说明一个问题：元素含量高，不等于容易被人类利用。铝在自然界中主要以化合态存在，尤其是铝土矿和硅铝酸盐矿物，想把 $\mathrm{Al}{}^{3+}$ 还原成铝单质，需要很强的还原条件。

铝制品不宜用作厨具？

这个说法不能简单理解为“铝有毒所以不能用”。铝表面会形成致密的氧化膜，正常盛放中性或弱酸弱碱食物时比较稳定；但如果长期接触强酸、强碱或高盐环境，氧化膜会被破坏，铝离子溶出风险会上升。

铝为什么能抗腐蚀，又为什么能和酸、碱反应？

正文

物质名称	性质	类别	颜色	物态	密度	熔点	沸点	常见氧化态
铝 $\mathrm{Al}$	质轻、有延展性、导电导热性好，表面易钝化	金属	银白色	固体	$2.7g/c{\mathrm{m}}^3$	$660{}^{\circ }\mathrm{C}$	$2519{}^{\circ }\mathrm{C}$	+3

存在和开采

铝的活泼性较强，自然界中几乎不存在游离态铝，主要以铝土矿、长石、云母等矿物中的化合态存在。

工业上一般先从铝土矿制得氧化铝，再通过熔融电解制得金属铝。这里的关键不是“把矿石烧一烧”，而是要用电能把稳定的 $\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$ 还原为 $\mathrm{Al}$。

环节	目的	关键物质	说明
提纯铝土矿	得到较纯的氧化铝	$\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$	去除铁、硅等杂质
熔融电解	制取铝单质	$\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$	常加入冰晶石降低熔融体系温度

物理性质

铝的密度小，导电性和导热性好，所以常用于电线、散热器、包装材料和轻质合金。它看起来“耐腐蚀”，不是因为铝不活泼，而是因为表面很快形成一层致密的 $\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$ 薄膜。

名称	性质（化学）	类别	气味	颜色	物态	熔点	沸点
氧化铝 $\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$	两性氧化物	氧化物	无味	白色	固体	$2054{}^{\circ }\mathrm{C}$	高温分解或升华
氢氧化铝 $\mathrm{Al}(\mathrm{OH}){}_3$	两性氢氧化物	难溶碱	无味	白色	固体	受热分解	-
氯化铝 $\mathrm{AlCl}{}_3$	易水解	盐	无味	白色或微黄色	固体	$192.4{}^{\circ }\mathrm{C}$	升华
四羟基合铝酸钠 $\mathrm{Na}[\mathrm{Al}(\mathrm{OH}){}_4]$	在强碱溶液中稳定的铝酸盐	配合物盐	无味	白色	固体	-	-

化学性质

铝的化学性质要抓住两个点：铝单质还原性强，氧化铝和氢氧化铝具有两性。

名称	反应类型	反应式	现象	应用
氧化铝与酸反应	复分解反应	$\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{AlCl}{}_3+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	固体逐渐溶解	说明 $\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$ 可表现碱性氧化物一面
铝与盐酸反应	氧化还原反应	$2\mathrm{Al}+6\mathrm{HCl}=2\mathrm{AlCl}{}_3+3\mathrm{H}{}_2\uparrow$	表面氧化膜破坏后产生气泡	实验室说明铝有还原性
铝与氢氧化钠反应	氧化还原反应	$2\mathrm{Al}+2\mathrm{NaOH}+6\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}=2\mathrm{Na}[\mathrm{Al}(\mathrm{OH}){}_4]+3\mathrm{H}{}_2\uparrow$	产生气泡，铝逐渐溶解	解释铝制品不宜长期接触强碱
氧化铝与氢氧化钠反应	复分解反应	$\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3+2\mathrm{NaOH}+3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}=2\mathrm{Na}[\mathrm{Al}(\mathrm{OH}){}_4]$	固体逐渐溶解	说明 $\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$ 可表现酸性氧化物一面

两性氧化物

两性氧化物不是指“酸碱性都很强”，而是指它既能和酸反应，也能和强碱反应。$\mathrm{Al}{}_2\mathrm{O}{}_3$ 的特殊性正在这里：它让铝表面抗腐蚀，但在强酸、强碱条件下又不能继续保护铝。

引出

为什么氧化铝熔点很高，但铝单质熔点相对较低？

铝热反应为什么可以用来焊接铁轨？