哈尔滨地铁1号线全线钢轨无缝焊接，2640处接头焊成一体，大大提高了安全系数和乘客的舒适度。钢轨通常使用高锰钢制成的，主要是因为锰钢具有（1）     物理性质，钢轨焊接的方法通常是用铝和氧化铁在高温条件下发生置换反应生成熔融状态下的铁单质对钢轨中的缝隙进行焊接。请你写出该反应的化学方程式（2）                 ，反应前、后铝元素的化合价分别是（3）       ，地铁机车通常是电力机车，机车行驶过程中的能量转化是（4）           。