化学自习室移动版

一．三元碱一元酸

我们已经知道Al(OH)₃是酸碱两性的，那么Al(OH)₃应该也可以写成H₃AlO₃。Mg(OH)₂写成H₂MgO₂就无理了。由于之前(包括初中)讲的含氧酸的酸根都是非金属的，对金属出现在酸根中不少同学感觉别扭，其实熟知的著名氧化剂KMnO₄就是由金属构成的酸根。

如果一种含氧酸脱水，留下的酸叫“偏酸”，H₃AlO₃脱水变成HAlO₂，后者叫偏铝酸。类似的例子还有H₃PO₄脱水变成HPO₃(偏磷酸)等。H₂SO₄与H₂SO₃的关系不是脱水而是脱氧，后者不叫偏酸而叫亚酸。偏酸中心原子的化合价没变，亚酸是变化的。

Al(OH)₃电离OH^－成为Al^3＋，这是碱式电离，电离很微弱，当然是可逆的。它的酸式电离却似乎先脱去一份H₂O，使自己先变成一元酸，战斗力大为削弱，成为AlO₂^－。酸式电离也是极微弱的。

因此Al(OH)₃的“两性”大概就是“左手三节棍、右手一把刀”。可惜两方面都很疲弱，不像那些强酸强碱，只有一件兵器，却很精良，兵来将挡很给力，水来则傻眼。

二．Al(OH)₃的电子式

刚才有个漏洞没有说明，Al(OH)₃在酸式电离时会脱去一份H₂O，那么碱式电离时为什么不脱水？

两种电离(及其相应的化学反应方程式、化学计算)的“不对称”也让初学者感觉别扭和艰涩。

(写NH₃、NH₄^＋、Al(OH)₃(共价化合物)的电子式)

NH₃很容易与H^＋结合变成NH₄^＋，将H^＋换成H₂O，该反应就变成了：NH₃＋H₂ONH₄^＋＋OH^－

因此氨水是碱性的。

Al(OH)₃的Al目前是6电子结构，因此有愿望与一个OH^－结合，变成一种复杂离子Al(OH)₄^－(四羟基合铝)。将OH^－换成H₂O，该反应就是：Al(OH)₃＋H₂OAl(OH)₄^－＋H^＋

这是Al(OH)₃也能表现酸性的真实原因。

这种多羟基结构往往是不太稳定的。有机化合物中的C原子由于半径更小，连两个羟基都受不了。Al(OH)₄－会部分脱水变成AlO₂^－，整个过程就成为：Al(OH)₃＋H₂OAl(OH)₄^－＋H^＋AlO₂^－＋2H₂O＋H^＋

如果将中间过程撤去(不顾Al(OH)₄－的存在)，Al(OH)₃的酸式电离才成为：

Al(OH)₃AlO₂^－＋H₂O＋H^＋

结果看上去像Al(OH)₃脱水，其实脱水的是Al(OH)₄^－。

三．“3＋1”和“1＋3”

我们知道Al^3＋变成AlO₂^－需要4个OH^－，4是3＋1的结果。这个反应可以直接配平：

Al^3＋＋4OH^－→AlO₂^－＋2H₂O(注意电荷配平)①

也可分成两步：

Al^3＋＋3OH^－→Al(OH)₃↓②

Al(OH)₃＋OH^－→AlO₂^－＋2H₂O (注意两份H₂O的两种出处)③

方程式中的OH^－当然都代表强碱。②和③相加的结果就是①。

反过来，AlO₂^－变成Al^3＋需要4个H^＋，4是1＋3的结果。这个反应可以直接配平：

AlO₂^－＋4H^＋→Al^3＋＋2H₂O(注意电荷配平)④

也可分成两步：

AlO₂^－＋H^＋＋H₂O→Al(OH)₃↓⑤

Al(OH)₃＋3H^＋→Al^3＋＋3H₂O⑥

方程式中的H^＋当然都代表强酸。⑤和⑥相加的结果就是④。

四．弱碱、弱酸

Al(OH)₃的两种电离都极微弱，Al^3＋与OH^－或AlO₂^－与H^＋的结合却是比较容易(下山容易上山难)。所以用氨水代替OH^－进行反应②没有问题：

Al^3＋＋3NH₄OH→Al(OH)₃↓＋3NH₄^＋(代②)

却代替不了反应③，Al(OH)₃与NH₄OH两个巴掌都绵软，拍不出响来，Al(OH)₃能溶于NaOH溶液不能溶于氨水。

同理，用CO₂代替H^＋进行反应⑤没有问题：

AlO₂^－＋CO₂＋2H₂O→Al(OH)₃↓＋HCO₃^－(代⑤)

却代替不了反应⑥。

[实验]在Al₂(SO₄)₃溶液中滴加氨水制取Al(OH)₃沉淀物。将Al(OH)₃分置两支试管，分别滴加盐酸和NaOH溶液，至沉淀消失。

五．Al₂O₃的两性

Al(OH)₃受热分解：2Al(OH)₃→Al₂O₃＋3H₂O⑦

这跟前面的“自动脱水”不一样，条件是刻意加热。

脱水是普遍存在的一种化学现象，比如H₂CO₃脱水为CO₂、Mg(OH)₂脱水为MgO、米被烧焦变成炭等。而脱水产物的化学性质往往与脱水前相似，比如CO₂也是酸性(成盐后C出现在酸根)、MgO也是碱性(成盐后Mg作为阳离子)等。

Al₂O₃也是两性，且一份Al₂O₃相当于两份Al(OH)₃。

Al₂O₃代替反应③，OH^－的配平系数即为2：

Al₂O₃＋2OH^－→2AlO₂^－＋H₂O(代③)

Al₂O₃代替反应⑥，H^＋的配平系数即为6：

Al₂O₃＋6H^＋→2Al^3＋＋3H₂O(代⑥)