氯化铝

化合物

氯化鋁,或三氯化铝,化学式为AlCl3,是化合物。氯化鋁熔點沸點都很低,且會昇華,為有離子性的共價化合物。熔化的氯化鋁不易導電[1],和大多數含鹵素離子的鹽類(如氯化鈉)不同。

氯化鋁
IUPAC名
Aluminium(III) chloride
别名 三氯化鋁
识别
CAS号 7446-70-0無水 checkY
10124-27-3水合 ☒N
7784-13-6六水合物 ☒N
PubChem 24012
ChemSpider 22445
SMILES
 
  • Cl[Al](Cl)Cl
InChI
 
  • 1/Al.3ClH/h;3*1H/q+3;;;/p-3
InChIKey VSCWAEJMTAWNJL-DFZHHIFOAR
Gmelin 1876
ChEBI 30114
RTECS BD0530000
性质
化学式 AlCl3
摩尔质量 (無水)
133.34 g·mol−1
(含結晶水)
241.432 g·mol⁻¹
外观 潮解的黃色或白色固體
密度 2.48 g·cm−3
熔点 190 °C (463 K,2.5 大氣壓)
沸点 183 °C (456 K)
178 °C (451 K)(昇華
溶解性 43.9 g/100 ml (0°C)
44.9 g/100 ml (10°C)
45.8 g/100 ml (20°C)
46.6 g/100 ml (30°C)
47.3 g/100 ml (40°C)
48.1 g/100 ml (60°C)
48.6 g/100 ml (80°C)
49 g/100 ml (100°C)
结构
晶体结构 6配位层状晶格
配位几何 八面體(固體), 四面體(液體)
分子构型 平面三角形(單分子蒸氣)
危险性
欧盟危险性符号
腐蚀性腐蚀性 C
警示术语 R:R34
安全术语 S:S1/2-S7/8-S28-S45
相关物质
其他阴离子 氟化鋁溴化鋁碘化鋁
其他阳离子 氯化硼氯化鎵氯化銦氯化鉈氯化鎂
相关路易斯酸 氯化鐵氟化硼
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

AlCl3采取“YCl3”结构,为Al3+立方最密堆积层状结构,[2] 而AlBr3中Al3+却占Br最密堆积框架的相邻四面体间隙。熔融时AlCl3生成可挥发的二聚体Al2Cl6,含有两个三中心四电子氯桥键,更高温度下Al2Cl6二聚体则离解生成平面三角形AlCl3,与BF3结构类似。

氯化铝的三种结构


氯化鋁是很常用的路易斯酸。在化學工業,它常是傅-克反應催化劑。它亦用於聚合异构化反应中。

鋁亦可以生成一氯化鋁(AlCl),但這种化合物很不穩定,只能以氣態的形式出現。

工業上,它經鋁土礦加工,由鋁和氯之間的放熱反應所製。

制备 编辑

无水氯化铝可由氧化铝的混合物与氯气反应得到:[3]

 

化學性質 编辑

氯化鋁是強路易斯酸, 可和路易斯鹼作用產生化合物,甚至也可和二苯甲酮均三甲苯之類的弱路易斯鹼作用。[4] 若有氯離子存在,氯化鋁會生成(四)氯鋁酸根離子AlCl4

AlCl3(aq) + Cl(aq) AlCl4(aq)

在水中,氯化鋁會部分水解,形成氯化氫气体或H3O+離子。其水溶液和其他含鋁物质的溶液相同,含有水合铝离子,跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉淀[5]

AlCl3(aq) + 3 NaOH(aq) → Al(OH)3(s) + 3NaCl(aq)
AlCl3(aq) + 3 H2O → AlO2-+ 3HCl + H3O+[來源請求]

用途 编辑

氯化鋁主要用在傅-克反应[4] 中,例如以光气为原料制备蒽醌,应用于染整工業中。[1] 在廣義的傅-克反应中,醯氯鹵代烷芳香族物質的反應式如下:[4]

 

苯及其衍生物在发生上述反應时,主產物是對位的異構物。相比较下,烷基化反应涉及的问题较多,不如酰基化反应应用广泛。无论是哪种反应,氯化铝和其他原料和仪器都必须是中等干燥的,少量的水有助于反应进行。

由于氯化铝可与反应产物配位,因此应用在傅克反应时,它的用量必须与反应物相同,而非“催化量”。反应后的氯化铝很难回收,会产生大量的腐蚀性废料。为了达到绿色化学的要求,化学家开始使用三氟化釔三氟化鏑来替代氯化铝,减少污染。

氯化鋁也常用來將醛基加在苯環上,如加特曼-科赫反應一氧化碳氯化氫氯化鋁氯化亞銅為催化劑[6]

 

氯化铝在有机化学中有很广泛的应用。[7] 它可以催化Ene反應,比如3-丁烯-2-酮(甲基乙烯基甲酮)与香芹酮加成:[8]

 

AlCl3也常用在烃类聚合反应异构化反应中,重要的例子包括[1] 工业上乙苯的生产。乙苯可用于进一步制备苯乙烯聚苯乙烯以及用作清洁剂十二烷基苯

芳烃存在下,氯化铝与铝混合可用于合成二(芳烃)金属配合物。例如,二苯铬就是通过特定金属卤化物经由Fischer-Hafner合成制备的。

低浓度的碱式氯化铝常是防汗药的成分之一,而多汗症患者在使用时浓度会高些(12%或更高)。

氯化铝和氯化钠不同,其化学键的构成大部分是共价键,而离子键的占比极低,因此熔融态的氯化铝不易电离,且电离产生的Cl-会和AlCl3分子结合生成更稳定的四氯合铝酸根离子AlCl4;并且氯化铝在180 °C(356 °F)以上的温度下会升华成为气体;因此在工业上不会通过电解氯化铝的方式量产金属铝。但是在熔融态的氯化铝添加氯化钠、无水氯化钙和少量的氯化锂,增强氯化铝分子的电离效率,添加氯酸钾阻止氯化铝的升华;用此方法可以电解制备高纯度的金属铝[9][10]

注意事項 编辑

無水氯化鋁會和劇烈反應,因此需妥善處理。含結晶水的氯化鋁較無此問題。

如果吸入無水氯化鋁或接觸眼睛和皮膚會造成刺激。

參考文獻 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  2. ^ A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford Press, Oxford, United Kingdom, 1984.
  3. ^ Stover, Norman M.; Constantinescu, Clinton (1936). THE REACTION ALUMINIUM OXIDE–CARBON–CHLORINE. Canadian Journal of Research, 14b(9), 328–335. doi:10.1139/cjr36b-038
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 G. A. Olah (ed.), Friedel-Crafts and Related Reactions, Vol. 1, Interscience, New York, 1963.
  5. ^ 氯化铝字典-Guidechem.com. [2011-12-13]. (原始内容存档于2016-03-05). 
  6. ^ L. G. Wade, Organic Chemistry, 5th edition, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, United States, 2003.
  7. ^ P. Galatsis, in: Handbook of Reagents for Organic Synthesis: Acidic and Basic Reagents, (H. J. Reich, J. H. Rigby, eds.), pp12-15, Wiley, New York, 1999.
  8. ^ B. B. Snider, Accounts of Chemical Research 13, 426 (1980).
  9. ^ 一种从氯化铝中提取纯铝的方法. 谷歌学术. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始内容存档于2023-04-14) (中文(中国大陆)). 
  10. ^ 氯化鋁的製造和電解. 国立台湾大学. 2023-04-09 [2023-04-09]. (原始内容存档于2023-04-12) (中文(臺灣)).