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氯化鋁
來源:互聯網

氯化鋁(Aluminum Chloride)別名三氯化鋁,是一種共價化合物,為白色結晶型且具有強烈氯化氫氣味的固體,樣品受到污染時會呈現黃色,分子式為AlCl3,分子量為133.34,密度為2.44 g/cm3,熔點為192.6 °C,但氯化鋁在178℃時就可以升華。易溶于水,并強烈水解,溶液顯酸性,也溶于乙醇乙醚三氯甲烷四氯化碳,微溶于苯,同時釋放出大量的熱。

氯化鋁能與很多無機化合物有機化合物生成配位化合物,如與氨生成氨絡合物;與一價金屬鹵化物生成絡合物等。氯化鋁在蒸氣、溶于非極性溶劑或熔融狀態時,以共價的二聚分子形式存在,而固體氯化鋁則為層狀結構。氯化鋁由金屬鋁和氯作用或由無水氯化氫氣體與熔融鋁作用而制得,氯化鋁還可以通過鋁與氯化銅反應制得,生成氯化鋁和銅單質。

氯化鋁可以用作有機合成和石油工業的催化劑,特別是作為傅氏烷[wán]基化或酰基化反應的催化劑而廣泛得到應用,此外,氯化鋁還可以用來處理潤滑油和制造蒽醌等,氯化鋁還可用于染料中間體、丁基橡膠和烴類樹脂等。氯化鋁對皮膚、粘膜有刺激作用。吸入高濃度氯化鋁可刺激上呼吸道產生支氣管炎,可能引起支氣管哮喘。誤服量大時,可引起口腔糜爛、胃炎、上消化道出血和黏膜壞死。長期接觸可引起頭痛、頭暈、食欲減退、咳嗽、鼻塞、胸痛等癥狀。

分子結構

無水三氯化鋁是共價化合物,其在178℃時可直接升華,生成的氣體是雙分子化合物,當氯化鋁溶于非極性分子或處于熔融狀態時也呈現雙聚分子結構,固態氯化鋁則為層狀結構,熔融時AlCl3生成可揮發的二聚體Al2Cl6,含有兩個三中心四電子氯橋鍵,更高溫度下Al2Cl6二聚體則離解生成平面三角形AlCl3,與三三氟化硼(BF3)結構類似。

在氯化鋁分子中,Al與Cl都是第三周期元素,原子半徑都比較大,所以它們不容易形成像BF3中的大Π鍵。為了克服Al原子的缺電子性,使其達到八電子的較穩定結構,在氣相非極性溶劑中,兩個單體AICl3,分子可利用Cl→Al原子間的電子對授受關系而聚合成Al2Cl6分子,如圖所示,結構中含兩個Al—CI—AI三中心四電子氯橋鍵,其中Al原子采取sp3雜化共形成4個鍵,雙聚分子立體結構猶如兩個共用一邊的四面體,鋁位于四面體的中央,氯在六個角上;每個鋁原子連接著四個氯原子,而每個位于中間的氯原子連著兩個鋁原子。

氯化鋁能溶于水,并生成六水氯化鋁,其是一種白色至微黃色結晶或顆粒,溶于水、醚、醇,水溶液呈酸性,六水氯化鋁為無色正交晶體,分子幾何形狀為八面體。

理化性質

物理性質

氯化鋁純凈時為白色晶體粉末,但因樣品受到污染因而有時呈現黃色,易潮解。蒸氣或溶于非極性溶劑中或處于熔融狀態時,都以共價的二聚分子(Al?Cl?)形式存在。密度為2.44 g/cm3,177.8℃升華,熔點為192.6 °C,臨界溫度為620 K,臨界壓力為2.63 MPa,無水三氯化鋁是一種強烈的吸水劑,氯化鋁易溶于水、醇、氯仿及四氯化碳,微溶于苯。

化學性質

氯化鋁的水溶液呈酸性,由于AlCl3分子中鋁原子是缺電子原子,氯原子有孤對電子,可形成配位鍵,故生成雙聚分子Al2Cl6。碘化鈉三氯化鋁是最常用的路易斯酸,在濕空氣中會強烈發煙,生成氯化氫氣體和氫氧化鋁。氯化鋁能與很多無機和有機化合物生成配位化合物。如遇氣體氨生成氨絡合物;與一價金屬的鹵化物生成M(AlCl4)類型的絡合物,與氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣等鹽類能形成低共熔點混合物;與二氧化氮五氯化磷二氧化硫硫化氫、水等化合物起加合作用,所得的產物均易分解。氯化鋁與強堿反應生成氫氧化鋁沉淀,并進一步與堿反應生成偏鋁酸鈉,與弱堿如氨水反應則生成氫氧化鋁沉淀。氯化鋁與8-羥基喹啉反應可生成沉淀,用于檢驗鋁離子。氯化鋁電解生成金屬鋁和氯氣,也可被活潑金屬還原,生成金屬鋁和活潑金屬的氯化物。

氯化鋁與水反應

氯化鋁與氫氧化鈉反應

制備方法

金屬鋁法

將鋁粉放置耐熱管中,管外加熱后通入氯氣,反應開始放出大量的熱,此熱可使反應極猛烈進行,同時使氯化鋁升華成氣態,最后收集蒸氣并冷凝,即得無水三氯化鋁,反應式為

這種生產方法的特點是土法生產,產品質量高、流程簡單、設備簡單、不用貴重材料、投資少、投產快、需用人員少。

沸騰床法

將一定粒度的工業氧化鋁與油焦按一定配比投入焙燒爐中,由下部通入空氣,于溫度800℃焙燒。焙燒后的物料進入氯化爐。氯化爐中通入氧氣,保持溫度在900~950℃,鋁氧粉在還原劑炭的存在下,與氯反應,生成的氣相產物,經預冷、凈化去捕集器,得氯化鋁成品。尾氣經氫氧化鈉亞硫酸鈉溶液處理排空,反應式為

鋁與氯化氫反應

鋁是一種銀白色金屬,既能溶于酸,又能溶于堿溶液,是一種典型的兩性元素。可以使鋁與氯化氫氣體反應來制備氯化鋁,反應如下

鋁與氯化銅反應

鋁與氯化銅的反應也可以用以制備氯化鋁,反應生成氯化鋁和銅單質,對環境比較友好,反應如下

應用領域

化工

氯化鋁是一種重要的催化劑,用于石油化工、有機合成,特別是作為傅氏烷基化或酰基化反應的催化劑而廣泛得到應用,還用于染料中間體、潤滑油添加劑、制造丁基橡膠和烴類沒藥樹等。另外,在芳環上引入醛基時氯化鋁可以作為催化劑,氯化鋁還可以催化碳氫衍生物并將其重排成金剛烷,以及催化環加成反應和碘化甲基鎂與醛的加成反應等。

氯化鋁在傳統上多利用其與芳香族體系的傅氏烷基化或酰基化的反應來進行化學計量,其與羰基發生強烈反應充分體現了氯化鋁的路易斯酸的性質,反應式如下

加特曼-科赫反應是以CO及干燥HCl為原料,通過無水AICI3和Cu2Cl2催化,在芳環的電子云密度大的位置上直接引人醛基,反應為

氯化鋁可以催化碳氫衍生物并將其重排成金剛烷(反應式1),氯化鋁的其他重排反應多用于三喹[kuí]烷的合成(反應式2)

氯化鋁可以用于催化[2+2]環加成反應和碘化甲基鎂與醛的加成反應,反應式如下

食品

氯化鋁溶于水中解離為Al3+和Cl-,從溶液中可以析出包含六水合鋁離子的水合物[Al(H2O)6]Cl3,水溶液呈酸性,起酸性膨松劑的作用,亦具有防止清酒變色的作用,因此氯化鋁可以用作蓬松劑和防腐劑。

醫藥

氯化鋁能抑制大汗腺的分泌,具有抑制分泌、收斂、清潔、止汗等作用。10~25%溶液外涂治療局部多汗癥,0.1~0.5%溶液可供手足癬浸泡用,或者濕敷治療滲出糜爛性濕疹皮炎皮膚病

安全事宜

毒理數據

小鼠經口LD50:650~800 mg/kg,大鼠經口LD50:3.730 mg/kg。兔子經口LD50為3~5 g/kg,小鼠皮下注射的LD50為200 mg/kg,靜脈注射LD50為25 mg/kg。

GHS分類

H290(27.55%):可能對金屬有腐蝕性;

H314(99.75%):造成嚴重的皮膚灼傷和眼睛損傷;

H318(48.63%):造成嚴重眼部損傷。

危害

氯化鋁對皮膚、粘膜有刺激作用。吸入高濃度氯化鋁可刺激上呼吸道產生支氣管炎,可能引起支氣管哮喘。誤服量大時,可引起口腔糜爛、胃炎、上消化道出血和黏膜壞死。長期接觸可引起頭痛、頭暈、食欲減退、咳嗽、鼻塞、胸痛等癥狀。

應對措施

急救

皮膚接觸后應當立即脫去被污染的衣著,用大量流動清水徹底沖洗;眼接觸時應立即提起眼瞼,立即用流動清水或2%碳酸氫鈉溶液沖洗至少10分鐘,并立即就醫;不慎吸入后應當立即轉移至空氣新鮮處,保持呼吸道通暢。

防護措施

工作人員都應穿著安全服,包括全封閉護目鏡、橡膠或塑料涂層手套、橡膠鞋和耐酸材料的工作服。在緊急情況下,應佩戴面罩。

泄露與消防

泄露

隔離泄漏污染區,勿使泄漏物與可燃物質(木材、紙、油等)接觸,用清潔的鏟子將氯化鋁收集于密閉容器中做好標記等待處理。如果大量泄漏,最好不要用水處理,在技術人員指導下清除。

消防

小火:使用干化學品或二氧化碳滅火器。可視現場情況將未損壞的容器移離火場周圍的區域;

大火:用大量水浸濕火災區域。如果供水不足,現場人員應撤離。

儲存與運輸

儲存于干燥清潔的倉庫內。遠離火種、熱源。應與易燃、可燃物及堿類、潮濕物品等分開存放。運輸時要輕拿輕放。不可與堿類、氧化劑等共儲混運,也不可與稻草、紙張、刨花、木屑以及化工易燃物接觸,以防發生火災。

參考資料 >

Aluminum Chloride | AlCl3 | CID 24012 - PubChem.pubchem.2024-01-19

Log In to SciFinder?.https://scifinder-n.cas.org/searchDetail/substance/640343d90e98827b63e7a89f/substanceDetails.2023-03-13

Aluminum Chloride | AlCl3 - PubChem.pubchem.2023-03-14

無水氯化鋁、六水氯化鋁.前衍化學網.2025-08-18

氯化鋁.科普中國.2025-08-18

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