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24
2023
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08
铝的性质及应用
铝在地壳中的含量仅次于氧和硅，位列第三。但是由于铝化合物的氧化性很弱，铝不易从其化合物中被还原出来，因而迟迟不能分离出金属铝。
1746年德国人波特从明矾制得一种氧化物，即氧化铝。18世纪法国的拉瓦锡认为这是一种未知金属的氧化物，它与氧的亲和力极大，以致不可能用碳和当时已知的其他还原剂将它还原出来。1800年意大利物理学家伏打发明电池后，1807年英国人戴维试图电解熔融的氧化铝以取得金属，没有成功，
1825年丹麦人奥斯忒用钾汞齐还原无水氯化铝,第一次得到几毫克金属铝，指出它具有与锡相同的颜色和光泽。1827年德国沃勒用钾还原无水氯化铝得到少量金属粉末。1845年他用氯化铝气体通过熔融金属钾的表面,得到一些铝珠,每颗重约10～15毫克，1854年法国德维尔用钠代替钾还原NaAlCl4络合盐，制得金属铝。同年建厂，生产出一些铝制头盔、餐具和玩具。
当时铝的价格接近黄金。在以后的一段时期里，铝是帝王贵族们享用的珍宝。法国皇帝拿破仑三世在宴会上使用铝制叉子，而其它客人用的是银制餐具。泰国国王使用过铝制表链。1855年在巴黎博览会上，铝与王冠上的宝石一起展出，标签上注明“来自黏土的白银”。1889年，门捷列夫还曾得到伦敦化学会赠送的铝合金制成的花瓶和杯子。
19世纪70年代西门子改进了发电机后，有了廉价的电力；1886年美国霍尔和法国埃鲁几乎同时分别获得用冰晶石——氧化铝熔盐电解法制取金属铝的专利。这项创举使铝得以大规模生产，奠定了今天世界电解铝的工业方法。
1888年在美国匹兹堡建立第一家电解铝厂，铝的生产从此进入新的阶段。1956年世界铝产量开始超过铜而居有色金属的首位。铝的价格在常用有色金属中按体积计是比较便宜的。至今各种铝制品已广泛进入千家万户。
现代铝在工业和生活中都得到应用广泛，铝制品随处可见：铝合金门窗、建筑外墙涂料、铁制品外的“银粉”、高压电线、电缆、炊具、汽车车轮骨架、飞机轮船构件、宇宙火箭、人造卫星材料、食品包装纸、电子元件等等。铝的广泛应用取决于其优良的性质。
【知识点】
一、铝的性质
1.物理性质
铝是一种银白色、有金属光泽的固体；密度2.70g/cm3，密度小，质地轻。难溶于水。熔点660℃，沸点2327℃。有很好的延展性，常制成棒状、片状、箔状、粉状、带状和丝状，因而有着广泛的应用；有良好的导电性。
2.化学性质
K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe……
铝是一种较活泼的金属，具有金属的通性
（1）与非金属反应
与O2反应：
①铝在常温下即可与O2反应。
4Al+3O2=2Al2O3
虽然铝在常温下可与氧气反应，但是“铝在空气中能表现出良好的抗腐蚀性”，人们经常在铁制品的表面涂一层“银粉”（实为铝粉）来保护铁制品不受腐蚀。其原因是铝与空气中的氧气反应时能生成致密的氧化膜并牢固的覆盖在铝表面，可以阻止内部的铝与空气接触，从而防止铝被进一步氧化。根据铝的这一性质，人们常通过一定的方法来增加铝表面氧化膜的厚度来加强对铝的保护。
②加热条件下，铝在氧气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热。
与Cl2反应
与S反应
（2）与酸反应
铝是活泼金属，与盐酸、稀硫酸等非氧化性酸反应放出H2.
如：2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑
2Al+3H2SO4==Al2(SO4)3+3H2↑
【注意】铝在常温下遇到浓硫酸、浓硝酸时会发生钝化。
铝在常温下遇到浓硫酸、浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜，从而阻止内部金属进一步反应。
因此，浓硫酸、浓硝酸可以贮存在铝制容器中，以可用铝槽车运输。
（3）与盐溶液的反应
铝是较活泼金属，可以把不活泼金属从其盐溶液中置换出来。
如：铝与硫酸铜溶液发生反应 ：
2Al+3CuSO₄═Al₂(SO₄)3+3Cu
其现象为：浸没在硫酸铜溶液中的铝表面覆盖一层红色物质，溶液由蓝色逐渐变为无色。
（4）与碱反应
如铝与NaOH溶液反应：
2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑
（5）铝热反应
铝的还原性较强，且铝与氧结合为氧化铝时放出大量的热，所以铝能与一些金属氧化物反应置换出金属，这类反应常称为铝热反应。
如：
（6）铝与浓硫酸、浓硝酸的钝化
铝在常温下遇到浓硫酸、浓硝酸时会在表面生成致密的氧化膜，从而阻止内部金属进一步反应。
因此，浓硫酸、浓硝酸可以贮存在铝制容器中，以可用铝槽车运输。
二、铝的应用
铝的资源十分丰富，且铝有重量轻和耐腐蚀两大突出特点，因而在工业和日常生活中有着广泛的用途。
（1）铝的密度很小，仅为2.7 g/cm³，虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。此外，宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其铝合金。例如，一架超音速飞机约由70%的铝及其铝合金构成。船舶建造中也大量使用铝，一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
（2）铝的导电性仅次于银、铜和金，虽然它的导电率只有铜的2/3，但密度只有铜的1/3，所以输送同量的电，铝线的质量只有铜线的一半。铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力，而且有一定的绝缘性，所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
（3）铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
（4）铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银)，在100 ℃～150 ℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔。这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等，还可制成铝丝、铝条，并能轧制各种铝制品。
（5）铝的表面因有致密的氧化物保护膜，不易受到腐蚀，常被用来制造化学反应器、医疗器械、冷冻装置、石油精炼装置、石油和天然气管道等。
（6）铝粉具有银白色光泽(一般金属在粉末状时的颜色多为黑色)，常用来做涂料，俗称银粉、银漆，以保护铁制品不被腐蚀，而且美观。
（7）铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光，常用于制造爆炸混合物，如铵铝炸药（由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其他可燃性有机物混合而成）、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%)。
（8）铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。铝粉和石墨、二氧化钛(或其他高熔点金属的氧化物)按一定比率均匀混合后，涂在金属上，经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷，它在火箭及导弹技术上有重要应用。
（9）铝板对光的反射性能也很好，反射紫外线比银强，铝越纯，其反射能力越好，因此常用来制造高质量的反射镜，如太阳灶反射镜等。
（10）铝具有吸音性能，音响效果也较好，所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也采用铝。耐低温，铝在温度低时，它的强度反而增加而无脆性，因此它是理想的用于低温装置材料，如冷藏库、冷冻库、南极雪上车辆的生产装置。
（11）铝空气电池，顾名思义就是以铝与空气作为电池材料的一种新型电池。它的一种无污染、长效、稳定可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。电池的结构以及使用的原材料可根据不同实用环境和要求而变动，具有很大的适应性，既能用于陆地也能用于深海，既可做动力电池，又能作长寿命高比能的信号电池。
三、正确使用铝制品
铝制品表面虽然有致密的氧化膜保护层，但若遇到酸、碱及氯化钠溶液均会发生反应而被腐蚀，因为氧化铝、铝都能与酸、碱溶液反应。氯化钠溶液中的氯离子会破坏氧化膜的结构，加快铝制品的腐蚀。所以，铝制品不宜用于盛放酸、碱溶液，不宜长时间盛放咸菜等腌制食品，也不能用具有强酸性或强碱性的洗涤剂来洗涤铝制品。
铝在人体内是慢慢蓄积起来的，其引起的毒性缓慢、且不易察觉，然而，一旦发生代谢紊乱的毒性反应，则后果非常严重。因此，必须引起我们的重视，在日常生活中要防止铝的吸收，减少铝制品的使用。
避免方法：避免使用铝制成的炊具；少吃炸油条、由铝包装的糖果等食品；少喝易拉罐装的软饮料；
部分药品由含铝物质制成，应减少服用含铝元素的药品，如:可以中和胃酸的Al(OH)3。
文章来源：铝高端制造
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