氯化鋁

氯化鋁，或三氯化鋁，化學式為${\displaystyle {\ce {AlCl_3}}}$，是氯和鋁的化合物。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
別名	三氯化鋁
識別
CAS號	7446-70-0（無水）  Y 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
性質
化學式	AlCl3
摩爾質量	(無水) 133.34 g·mol−1 (含結晶水) 241.432 g·mol⁻¹
外觀	易潮解的黃色或白色固體
密度	2.48 g·cm−3
熔點	190 °C (463 K，2.5 大氣壓）
沸點	183 °C (456 K) 178 °C (451 K)（昇華）
溶解性（水）	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)
結構
晶體結構	6配位層狀晶格
配位幾何	八面體(固體), 四面體(液體)
分子構型	平面三角形(單分子蒸氣)
危險性
歐盟危險性符號 腐蝕性 C
警示術語	R：R34
安全術語	S：S1/2-S7/8-S28-S45
相關物質
其他陰離子	氟化鋁，溴化鋁，碘化鋁
其他陽離子	氯化硼，氯化鎵，氯化銦，氯化鉈，氯化鎂
相關路易斯酸	氯化鐵，氟化硼
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

${\displaystyle {\ce {AlCl_3}}}$採取${\displaystyle {\ce {YCl_3}}}$結構，為Al³⁺立方最密堆積層狀結構，^[2] 而${\displaystyle {\ce {AlBr_3}}}$中Al³⁺卻佔Br⁻最密堆積框架的相鄰四面體間隙。熔融時${\displaystyle {\ce {AlCl_3}}}$生成可揮發的${\displaystyle {\ce {Al_2Cl_6}}}$，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${\displaystyle {\ce {AlCl_3}}}$，與${\displaystyle {\ce {BF_3}}}$結構類似。

氯化鋁是很常用的路易斯酸。在化學工業，它常是傅-克反應的催化劑。它亦用於烴的聚合和異構化反應中。

鋁亦可以生成一氯化鋁（${\displaystyle {\ce {AlCl}}}$），但這種化合物很不穩定，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。

製備

無水氯化鋁可由氧化鋁和碳的混合物與氯氣反應得到：^[3]${\displaystyle {\ce {2Al_2O_3 + 3C + 6Cl_2-> AlCl_3 + 3CO_2}}}$

也可由鋁和鹽酸的混合物得到：

${\displaystyle {\ce {6HCl + 2Al-> 2AlCl_3 + 3H_2}}}$

化學性質

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和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，形成氯化氫氣體或H₃O⁺離子。其水溶液和其他含鋁物質的溶液相同，含有水合鋁離子，跟適當份量的氫氧化鈉反應可生成氫氧化鋁沉澱：^[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

氯化鋁主要用在傅-克反應^[4] 中，例如以苯和光氣為原料制備蒽醌，應用於染整工業中。^[1] 在廣義的傅-克反應中，酰氯或鹵代烷和芳香族物質的反應式如下:^[4]

苯及其衍生物在發生上述反應時，主產物是對位的異構物。相比較下，烷基化反應涉及的問題較多，不如酰基化反應應用廣泛。無論是哪種反應，氯化鋁和其他原料和儀器都必須是中等乾燥的，少量的水有助於反應進行。

由於氯化鋁可與反應產物配位，因此應用在傅克反應時，它的用量必須與反應物相同，而非「催化量」。反應後的氯化鋁很難回收，會產生大量的腐蝕性廢料。為了達到綠色化學的要求，化學家開始使用三氟化釔或三氟化鏑來替代氯化鋁，減少污染。

氯化鋁也常用來將醛基加在苯環上，如加特曼-科赫反應用一氧化碳、氯化氫、氯化鋁及氯化亞銅為催化劑^[6]

氯化鋁在有機化學中有很廣泛的應用。^[7] 它可以催化Ene反應，比如3-丁烯-2-酮（甲基乙烯基甲酮）與香芹酮加成：^[8]

氯化鋁也常用在烴類聚合反應和異構化反應中，重要的例子包括^[1] 工業上乙苯的生產。乙苯可用於進一步製備苯乙烯、聚苯乙烯以及用作清潔劑的十二烷基苯。

芳烴存在下，氯化鋁與鋁混合可用於合成二(芳烴)金屬配合物。例如，二苯鉻就是通過特定金屬鹵化物經由Fischer-Hafner合成製備的。

低濃度的鹼式氯化鋁常是防汗藥的成分之一，而多汗症患者在使用時濃度會高些（12%或更高）。

氯化鋁和氯化鈉不同，其化學鍵的構成大部分是共價鍵，而離子鍵的佔比極低，因此熔融態的氯化鋁不易電離，且電離產生的Cl-會和氯化鋁分子結合生成更穩定的四氯合鋁酸根離子AlCl4−；並且氯化鋁在180 °C（356 °F）以上的溫度下會升華成為氣體；因此在工業上不會通過電解氯化鋁的方式量產金屬鋁。但是在熔融態的氯化鋁添加氯化鈉、無水氯化鈣和少量的氯化鋰，增強氯化鋁分子的電離效率，添加氯酸鉀阻止氯化鋁的升華；用此方法可以電解製備高純度的金屬鋁^[9][10]。

注意事項

無水氯化鋁會和鹼劇烈反應，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

1. 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. 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]. （原始內容存檔於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. 谷歌學術. 2023-04-09 [2023-04-09]. （原始內容存檔於2023-04-14） （中文（中國大陸））.
10. 氯化鋁的製造和電解. 國立台灣大學. 2023-04-09 [2023-04-09]. （原始內容存檔於2023-04-12） （中文（臺灣））.

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