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一.烧烤没烤出铝来

我们注意到一个重要的史实：人类社会先有青铜时代，后有铁器时代。我国的青铜时代至少始于公元前1600年的商代，而铁器时代盛于公元前500多年的春秋时代。铝的大规模冶炼距今仅100多年。之前，铝制品还是王公贵族才能拥有的奢侈品，因为铝是用钠置换得到的。

这三种金属在地壳中的含量却是铝最高，约7.7%，铜最低，仅为0.01%。

至少有两方面的原因造就了这种历史局面。

一是物质的熔点。铜的熔点约1083℃，远低于铁(1535℃)。铝的熔点不高，约660℃，但炼铝的原料Al₂O₃(从铝土矿中提取)的熔点高达约2000℃。高温的获得在古代很困难，在今天也是需要大量消耗能量的。

二是金属的活动性。铜最容易被还原，铝的还原最难。如果说古人烧烤就能在无意间烤出金属单质来，那么三种金属中首先被获得的应该就是铜。

CuCO₃·Cu(OH)₂(孔雀石、碱式碳酸铜)CuO＋CO₂↑＋H₂O↑

C＋2CuO2Cu＋CO₂

烧烤绝对烤不出单质铝来。

二.为什么不是电解AlCl₃?

铁和钛算是中等活泼的金属元素，它们的单质可以被炭或更活泼的金属(如Mg)从化合物中置换出来。

炼铁在高温的高炉中进行，其基本化学原理可表示为：

Fe₂O₃＋3CO→2Fe＋3CO₂

而镁、铝及比它们更活泼的金属单质就只能靠电解的办法得到了。为避免H^＋和OH^－的干扰，对活泼金属化合物的电解不使用水溶液，改在高温熔化状态下进行。

MgCl₂(熔融)Mg＋Cl₂

2NaCl(熔融)2Na＋Cl₂

在海水中加石灰乳，可过滤得到Mg(OH)₂沉淀，再用盐酸溶解，浓缩得到MgCl₂固体，最后电解熔融状态的MgCl₂得到氯气和金属镁，这是工业上提取镁的主要方法之一。

那么为什么不通过电解熔融态AlCl₃的办法获得金属铝？将矿物中的Al₂O₃溶于盐酸不就得到AlCl₃了？

AlCl₃的熔点确实很低，还不到200℃。但它却是共价化合物，融化后非但没有电离，还容易升华。它的水溶液能导电，它的熔融态却不能。

只能知难而进，直接电解Al₂O₃了。

三.相亲相溶

为适应化学处理的需要，许多矿物的有效成分都需要经过溶解。

溶解包括水溶、酸溶、碱溶等多种，其中酸溶最为常见。一些钠盐矿物或硝酸盐矿物就可用水来溶解。

一些矿物既难溶于水又难溶于酸，比如重晶石(BaSO₄)。要从重晶石中获得钡，只能先通过氧化还原反应解决其难溶的问题。

BaSO₄＋4C→BaS＋4CO↑

炼铝的原料主要是自然界的铝土矿，其有效成分是Al₂O₃。由于它的两性，对它进行酸溶或碱溶都是可以考虑的。

19世纪末期，美国青年霍尔和法国青年厄鲁尔找到了降低炼铝原料熔点的办法。他们在Al₂O₃中加入冰晶石(Na₃AlF₆)，使混合物的熔点降到1000℃以下，电解铝的能耗大大降低。

其实Al₂O₃与Na₃AlF₆之间也是一种溶解关系，不过是在高温条件下的溶(熔)解。冰晶石本身的熔点在1000℃左右。

硫磺难溶于水，易溶于CS₂；SO₃可由浓硫酸吸收；苯酚溶于苯；I₂微溶于水，易溶于KI溶液。这些事实都说明了本元素各种物质间的“亲和关系”。

四.从氧化铝到Al₂O₃

铝土矿中除Al₂O₃外还有Fe₂O₃、SiO₂(脉石)等大量杂质。如果考虑先对其进行碱溶，则被溶解的首先是Al₂O₃：

Al₂O₃＋2NaOH→2NaAlO₂＋H₂O

SiO₂也可溶于强碱，但随后生成难溶性的铝硅酸盐。Fe₂O₃、铝硅酸盐被过滤除去后，溶液中的主要成分就是N_AAlO₂。

在NaAlO₂溶液中通过量CO₂：

NaAlO₂＋CO₂＋2H₂O→Al(OH)₃↓＋NaHCO₃

滤出Al(OH)₃，干燥、灼烧，得纯Al₂O₃：

2Al(OH)₃Al₂O₃＋3H₂O

将Al₂O₃在高温条件下溶(熔)于冰晶石就可以在电解槽中进行电解了。

2Al₂O₃(熔融) 4Al＋3O₂↑

铝水从电解槽的阴极放出，氧气则是阳极产物。阳极材料是石墨，高温下被氧气氧化，所以铝电解槽中的阳极需要不断更换。

铝的用途是大家熟悉的。含镁的镁铝合金与含铜的硬铝的强度、硬度都比纯铝高，可用于飞机制造业。