Химические свойства
Гидроксид алюминия – типичное амфотерное соединение, свежеполученный гидроксид растворяется в кислотах и щелочах:
2Al(OH)3 + 6HCl = 2AlCl3 + 6H2O
Al(OH)3 + NaOH + 2H2O = Na[Al(H2O)2(OH)4].
При нагревании разлагается, процесс дегидратации довольно сложен и схематично может быть представлен следующим образом:
Al(OH)3 = AlOOH + H2O;
2AlOOH = Al2O3 + H2O.
Получение
Образуется при действии водного раствора аммиака на растворы солей алюминия:
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl;
растворы щелочей не применяются, поскольку образующийся гидроксид алюминия в них хорошо растворяется.
Кристаллический гидроксид алюминия образуется при пропускании углекислого газа через щелочной раствор тетрагидроксодиакваалюмината натрия:
2Na[Al(H2O)2(OH)4] + 2СО2 = 2Al(OH)3 + 2NaHCO3 + 4H2O.
4.8. Применение алюминия и его соединений
Алюминий используется для получения алюминиевых сплавов. Чистый алюминий – конструкционный материал в строительстве, применяется в электротехнике, является раскислителем чугуна и стали, восстановителем оксидов в производстве металлов методом алюмотермии. Применяется в качестве компонента твердых ракетных топлив, пиротехнических составов и взрывчатых веществ. В виде пудры и пасты применяется в качестве лакокрасочных материалов.
Оксид алюминия применяется в качестве огнеупорного и абразивного материала, для производства керамических резцов и электротехнической керамики. Монокристаллы используются в качестве лазерного материала, камней часовых механизмов и ювелирных камней. Алюмогель является адсорбентом при осушке газов и жидкостей, используется в хроматографии, применяется как носитель катализаторов.
Гидроксид алюминия используется при производстве соединений алюминия, компонент зубных паст, применяется в медицине.
Хлорид алюминия применяется в качестве катализатора в органическом синтезе, для очистки сточных вод и обработки дерева.
Сульфат алюминия – коагулянт для обработки питьевых и промышленных вод, применяется при производстве бумаги и в текстильной промышленности.
Примеры решения задач
Задача 1. Запишите уравнения реакций взаимодействия между следующими веществами:
а) растворами нитрата алюминия и сульфида натрия;
б) растворами хлорида алюминия и аммиака.
Решение:
А) В результате взаимодействия растворов нитрата алюминия и сульфида натрия образуются гидроксид алюминия, сероводород и нитрат натрия; образование сульфида алюминия по обменной реакции не происходит вследствие взаимного усиления гидролиза ионов Al3+ и S2-:
2Al(NO3)3 + 3Na2S + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S + 6NaNO3.
Б) При взаимодействии растворов хлорида алюминия и аммиака образуется гидроксид алюминия и хлорид аммония:
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O = Al(OH)3 + 3NH4Cl.
Задача 2. При полном растворении алюминия в 200 г раствора соляной кислоты образовалось 23,52 л водорода (н. у.) (кислота прореагировала полностью). Вычислите массовую долю хлорида алюминия в полученном растворе.
Дано:
m (р-ра) = 200 г
V (H2) = 23,52 л
m (AlCl3) = 133,5 г/моль
Найти:
ω (AlCl3)
Решение:
Запишем уравнение реакции взаимодействия алюминия с соляной кислотой:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2.
Для определения массовой доли хлорида алюминия в полученном растворе необходимо знать массу образовавшегося хлорида алюминия и массу раствора:
.
Вычислим массу образовавшегося хлорида алюминия. По уравнению реакции 2 моль хлорида алюминия соответствует 3 моль водорода. Определим количество вещества, выделившегося водорода:
(моль),
следовательно, образовалось 0,7 моль хлорида алюминия (1,05 · 2/3 = 0,7). Вычислим массу хлорида алюминия:
m (AlCl3) = n (AlCl3) · M (AlCl3) = 0,7 · 133,5 = 93,45 (г).
Масса полученного раствора сложится из массы образовавшегося хлорида алюминия и воды, которая содержалась в растворе кислоты. Вычислим массу воды. По уравнению реакции 6 моль HCl соответствует 3 моль водорода; если образовалось 1,05 моль водорода, то прореагировало 2,1 моль HCl (1,05 · 2 = 2,1). Масса прореагировавшего HCl равна:
m (HCl) = n (HCl) · M (HCl) = 2,1 · 36,5 = 76,65 (г),
тогда масса воды, содержащейся в растворе кислоты, равна:
m (H2O) = m (р-ра) – m (HCl) = 200 – 76,65 = 123,35 (г),
следовательно,
m (р-ра)получ. = m (AlCl3) + m (H2O) = 123,35 + 93,45 = 216,8 (г).
Определим массовую долю хлорида алюминия в полученном растворе:
(%).
Ответ: ω (AlCl3) = 43,1 %.
Задачи для самостоятельного решения
1. Запишите уравнения реакций между алюминием и следующими веществами:
а) раствором гидроксида натрия;
б) расплавом гидроксида натрия;
в) соляной кислотой;
г) концентрированной фтороводородной кислотой.
2. Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
AlCl3 Na3[Al(OH)6] Al(OH)3 Al AlCl3 Al(OH)3 Al2O3.
Укажите условия протекания реакций.
3. Запишите уравнения реакций между следующими веществами:
а) алюминием и оксидом железа (III);
б) хлоридом алюминия и гидридом лития;
в) оксидом алюминия и серной кислотой.
4. При полном растворении алюминия в 500 г раствора гидроксида натрия выделилось 33,6 л водорода, при этом образовался тетрагидроксоалюминат натрия. Вычислите массовую долю вещества в полученном растворе.
Ответ: w(Na[Al(OH)4]) =0,23.
5. При прокаливании природного соединения, содержащего 70 % (масс.) гидроксида алюминия образовалось 102,0 г оксида алюминия. Определите массу исходного соединения.
Ответ: m(соединения) = 222,9 г.