Работа 2 алюминий и его соединения
Обновлено: 04.07.2024
Изделия из алюминия серого цвета, не магнитятся, легко деформируются и очень легкие.
Вариант 2
1. Допишите уравнения химических реакций:
В окислительно-восстановительных реакциях укажите окислитель и восстановитель.
2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
3. Опишите области применения алюминия и укажите свойства, на которых оно основано.
Алюминий применяют для изготовления различных сплавов (например, дюралюминов), основное преимущество которых прочность и легкость. Благодаря этим качествам сплавы применяются в авиа-, авто-, судостроении. Благодаря тому, что алюминий проводит электрический ток – используется для изготовления проводов и химической аппаратуры. Восстановительные свойства алюминия используются для восстановления металлов из их оксидов алюмотермией.
Вариант 3
1. Напишите уравнения реакций получения хлорида алюминия четырьмя способами.
2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
3. Почему алюминиевая посуда не разрушается в кипящей воде и не подвергается атмосферной коррозии?
Алюминий с водой не реагирует, даже при нагревании, поскольку на его поверхности образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет его от коррозии.
Вариант 4
1. Напишите уравнения реакций алюминия со следующими веществами: бромом, серой, водой, гидроксидом натрия.
2. Допишите уравнения химических реакций:
3. При производстве алюминиевой проволоки расплавленный алюминий выпускают через круглое отверстие. Струя металла затвердевает, не разбиваясь на капли. Почему?
На поверхности металла мгновенно образуется оксидная пленка, которая затрудняет деформацию.
В окислительно-восстановительных реакциях укажите окислитель и восстановитель.
2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
3. Опишите области применения алюминия и укажите свойства, на которых оно основано.
Ответы и решения:
3. Алюминий применяется в самолетостроении, для изготовления проводов, в металлургии, при этом используются его легкость, высокая электропроводность и восстановительная способность.
Решебник по химии за 9 класс (А.М.Радецкий, 2011 год),
задача №2
к главе «Тема V. Общие свойства металлов. Работа 5. Алюминий и его соединения».
Алюминий с водой не реагирует, даже при нагревании, поскольку на его поверхности образуется защитная оксидная пленка, которая предохраняет его от коррозии.
3. Смесь массой 6 г, состоящую из меди и алюминия, обработали избытком соляной кислоты. При этом получили 2,8 л водорода (н.у.). вычислите массовую долю каждого металла в смеси.
1. Напишите уравнения реакций алюминия: а) с серой; б) с раствором гидроксида натрия; в) с оксидом хрома (III); г) с раствором нитрата ртути (II). Уравнение реакции 4 запишите в молекулярной и ионной формах.
2. Сравните строение атомов натрия, магния и алюминия. Отметьте черты сходства и различия.
3. Вычислите массу соли, которая образовалась при взаимодействии 2,7 г алюминия с бромом массой 40 г.
1. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
Уравнение реакции 4 запишите в молекулярной и ионной формах.
2. Как согласовать представление о высокой химической активности алюминия с наблюдаемым на повседневном опыте поведением алюминиевых изделий?
Алюминий очень активный металл, поэтому быстро покрывается защитной оксидной пленкой, которая предохраняет его и изделия из него от коррозии.
3. Вычислите массу технического алюминия (массовая доля алюминия 98,4%), который потребуется для алюминотермического получения ванадия массой 15,3 кг из оксида ванадия (V).
Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение алюминия и свойства
Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :
+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p
Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :
+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p
Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.
Физические свойства
Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .
Нахождение в природе
В природе алюминий встречается в виде соединений:
Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.
Способы получения
Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na3AlF6, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:
На катоде происходит восстановление ионов алюминия:
Катод: Al 3+ +3e → Al 0
На аноде происходит окисление алюминат-ионов:
Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:
Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:
AlCl3 + 3K → Al + 3KCl
Качественные реакции
Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl
При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:
Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:
AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl
Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4Cl
Al 3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4 +
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.
Химические свойства
1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .
1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:
1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:
Al + P → AlP
1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:
2Al + N2 → 2AlN
1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:
1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.
2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:
Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:
2Al 0 + 6 H2 + O → 2 Al +3 ( OH)3 + 3 H2 0
Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):
3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg
Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.
2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.
Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:
2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.
С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:
При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:
2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑
Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.
Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:
2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2 ↑
Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):
2Al + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑ + 2Na2O
2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .
Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:
2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3
Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):
Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):
Оксид алюминия
Способы получения
Оксид алюминия можно получить различными методами :
1. Горением алюминия на воздухе:
2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании :
3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия :
Химические свойства
1. При взаимодействии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.
Например , оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:
Например , оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:
Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
3. Оксид алюминия не взаимодействует с водой.
4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.
Например , оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.
Например , оксид алюминия реагирует с серной кислотой:
6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства .
Например , оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция:
Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):
Например , из карбоната натрия:
Гидроксид алюминия
Способы получения
1. Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.
Например , хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:
2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:
Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)4] на составные части: NaOH и Al(OH)3. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)3 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Al(OH)3 без изменения.
3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.
Например , хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:
4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами . Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.
Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:
Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:
Химические свойства
1. Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами . При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.
Например , гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:
2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .
Например , гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
Например , гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:
Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
4. Г идроксид алюминия разлагается при нагревании :
Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.
Соли алюминия
Нитрат и сульфат алюминия
Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород:
Комплексные соли алюминия
Например , тетрагидроксоалюминат натрия разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:
Na[Al(OH)4] разбиваем на NaOH и Al(OH)3
Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.
Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами .
Например , гидроксокомплекс разрушается под действием избытка углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:
Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:
По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO2:
А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.
Например , с соляной кислотой:
Правда, под действием небольшого количества ( недостатка ) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:
Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:
Комплекс разрушается при взаимодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl2:
При этом хлор диспропорционирует.
Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:
Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:
Гидролиз солей алюминия
Растворимые соли алюминия и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
I ступень: Al 3+ + H2O = AlOH 2+ + H +
II ступень: AlOH 2+ + H2O = Al(OH )2 + + H +
Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Алюминаты
Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.
Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.
NaAlO2 разбиваем на Na2O и Al2O3
Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия :
KAlO2 + 4HCl → KCl + AlCl3 + 2H2O
NaAlO2 + 4HCl → AlCl3 + NaCl + 2H2O
Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:
Бинарные соединения
Сульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата:
либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):
Сульфид алюминия разлагается водой:
Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:
Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:
Читайте также: