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一．姗姗来迟的铝

几千年前人类历史上先有青铜时代后有铁器时代，金属铝的大规模使用则始于最近百年之内。三种金属在地壳中的丰度却正相反，Al、Fe很高，分别达8.2%和5.6%，Cu的丰度不足万分之一。冶炼史当然跟金属的活泼性有关，越活泼的金属越难被还原。可能关系最大的还有冶炼原料或产物的熔点。铜的熔点1083℃，远低于铁的1535℃，这是青铜时代早于铁器时代的重要原因，因为只有风箱的发明才可能成就铁熔化所需的高温。二百年前“发电”被发明后，许多活泼金属通过电解制取已不再是个难题，何况铝单质的熔点并不高，为660℃。最大的难点在于炼铝的原料Al₂O₃的熔点高达二千多度，要对它进行电解，首先要先将它熔化，需要的能量太高。

二．热值最高的铝

铝的金属活动性优于铁。最简单的实验证明是将铝和铁分别与稀酸反应，铝放出氢气的剧烈程度明显甚于铁。

从金属活动顺序看，铝从铁的最常见化合物Fe₂O₃中置换出铁是可行的，但双方都是固体，微粒间的接触极其有限，反应又应该是不可行的。

[实验1]铝热反应，通过在常温固体KMnO₄上滴加甘油引发。

2Al＋Fe₂O₃(高温)→2Fe＋Al₂O₃

事实证明该反应不仅可行，而且“惊天动地”，大量放热，铁被熔化为铁水。

该反应证明产物的能量远低于反应物的能量，如果说单质间的能量差别有限，极有可能是Al₂O₃的能量远低于Fe₂O₃。

[实验2]铝在氧气中燃烧。将铝粉撒在干棉球的表面，点燃棉球后将其伸入氧气集气瓶中。剧烈燃烧，类似镁带燃烧那样大量发光发热。

Al(s)＋(3/4)O₂(g)→(1/2)Al₂O₃(s)  △H=-838KJ/mol

Al与O₂的摩尔燃烧热是所有金属中最高的，所以说铝是一种最亲氧的金属元素。Al₂O₃的电离或分解因此极其困难，熔点奇高。

Al₂O₃是一种很理想的耐火材料，用它制成的炼炉盛铁水无虞。

三．比铁更亲氧的铝

我们见过铁丝在氧气中燃烧，火星四溅，反应也很剧烈，说明铁也是亲氧的，但它的摩尔燃烧热比铝低得多。

Fe(s)＋(3/4)O₂(g)→(1/2)Fe₂O₃(s) ； △H=-412KJ/mol

Al与Fe₂O₃的置换反应可以看做Fe₂O₃分解(吸热412 KJ/mol Fe)、Al与O₂化合(放热838 KJ/mol Al)两步的综合：

Al(s)＋(1/2)Fe₂O₃(s)→Fe(s)＋(1/2)Al₂O₃(s)  ；△H=-426KJ/mol

其中426 = －412＋828。所以Al与Fe₂O₃的反应不仅是活泼金属置换较不活泼金属，更重要的特征还在其于大量放热，并将被置换的铁熔化。

钠比铝更活泼，在空气中氧化更迅速，但并不表示氧化放热更多。能量越低越稳定，“闪婚却不见得爱情最铁”。历史上曾经用金属钠置换过铝，但该反应甚至是吸热的。

[讨论]已知Cr的摩尔燃烧热为570KJ，求Al(s)＋(1/2)Cr₂O₃(s)→Cr(s)＋(1/2)Al₂O₃(s)的反应热。(＋268KJ)这个热量集中释放也足以将铬熔化。

Al和Fe₂O₃或Cr₂O₃、V₂O₅、MnO₂等金属氧化物的混合物叫做铝热剂，相应发生的置换反应叫做铝热反应。这种反应的特征就是大量放热并使多种难熔金属熔化，工业上利于该反应冶炼难熔金属。“铝热”的“热”来自亲氧。

四．撕开保护膜的铝

铝比铁亲氧，但生活中经常看到铁比铝容易生锈、腐蚀。这是因为铁锈(铁的氧化物)结构疏松，对内层铁没有起到保护作用，而金属铝表面会迅速氧化生成致密的氧化膜，起到良好的防护作用。这层致密的氧化膜本身是铝容易氧化的证明。

因此我们很难在常温条件下观察到铝比铁亲氧的实验现象。

[实验3]“毛刷实验”。将铝条浸入NaOH溶液除去表面的氧化膜，用蒸馏水冲淋后浸入Hg(NO₃)₂溶液片刻。取出表面附着光亮金属汞的铝条置于表面皿，可见汞层外迅速生长出大量白毛状疏松固体。

金属铝溶于汞形成“铝汞齐”，即铝的汞溶液，固态铝已成分散剂。铝微粒不再有“表面”和“致密的氧化膜”，在常温下即可被大量氧化，毛状疏松物为Al₂O₃。这就是说我们还是创造了条件，在常温下看到铝与氧的化合非常容易。

五．中等活泼的铝

铝是一种中等活泼的金属，亲氧及其铝热表现本身也与它的活泼性密切相关。它也比较容易被其它氧化剂氧化，如：

2Al＋3Cl₂→2AlCl₃

2Al＋3Cu^2＋→2Al^3＋＋3Cu

Al＋3Fe^3＋→Al^3＋＋3Fe^2＋

在冷浓硫酸、浓硝酸中，铝被迅速氧化，生成致密的氧化膜，发生“钝化”。