Лабораторная работа №5 Химические свойства элементов III а-группы (на примере бора и алюминия)

1. Цель работы:

получение и изучение свойств наиболее характерных соединений бора и алюминия

2. Теоретическая часть

Бор - типичный неметалл. Его электронная формула 1s²2s²2р¹. Характерная степень окисления +3. В обычных условиях бор малоактивен, взаимодействует только с фтором, при нагревании окисляется кислородом, серой, хлором, азотом.

С металлами бор образует бориды, например Mg₃B₂, с галогенами - галогениды состава ВНаL₃ .

С водородом бор не взаимодействует, косвенным путем могут быть получены водородные соединения бора (бораны) состава В_nН_n+4 и В_nН_n+6.

На бор действуют лишь горячие концентрированные азотная и серная кислоты, при этом образуется ортоборная кислота Н₃В0₃ :

При высокой температуре бор реагирует с кислородом, образуя борный ангидрид В₂0₃. Как кислотный оксид В₂0₃ энергично взаимодействует с водой с образованием ортоборной кислоты Н₃В0₃.

Ортоборная кислота Н₃В0₃ представляет собой белое кристаллическое вещество, очень слабую кислоту (К₁ = 6·10^-10).

При нейтрализации Н₃В0₃ избытком щелочи получаются соли тетраборной кислоты Н₂В₄0₇ - тетрабораты - или метаборной кислоты - метабораты:

4Н₃В0₃ + 2Na0H = Na₂B₄0₇ + 7Н₂0

Н₃В0₃ + Na0H = NaB0₂ + 2Н₂0

При разложении буры сильными кислотами может быть получена ортоборная кислота:

Na₂B₄0₇ + H₂S0₄ + 5Н₂0 = Na₂S0₄ + 4Н₃В0₃

Аналогично силикатам и фосфатам бораты легко переходят в стеклообразное состояние, что обусловлено их полимерным строением.

Алюминий - серебристо-белый мягкий металл, обладающий высокими теплопроводностью и электрической проводимостью. Электронная формула алюминия 1s²2s²2p⁶3s²3p¹. Во всех соединениях он трехвалентен, что соответствует возбужденному состоянию 3s¹3p ². Для алюминия характерны координационные числа 4 и 6.

На воздухе алюминий покрывается прочной оксидной пленкой Аl₂0₃, которая определяет его высокую коррозионную стойкость. При взаимодействии алюминия с кислородом или серой выделяется большое количество тепла. С хлором и бромом алюминий реагирует при комнатной температуре, с иодом - при нагревании или в присутствии воды как катализатора.

Если с поверхности металла удалить оксидную пленку, то алюминий будет бурно взаимодействовать с водой:

2А1 + 6Н₂0 → 2А1(0Н)₃ + ЗН₂↑

Разбавленную азотную кислоту он восстанавливает в зависимости от концентрации и температуры до N0, N₂0, N₂ , NH₄N0₃ . Алюминий устойчив в концентрированных азотной и серной кислотах, а также в очень разбавленной азотной кислоте. Эти кислоты на холоду пассивируют алюминий, при этом оксидная пленка на поверхности алюминия упрочняется. Пассивации алюминия соответствуют реакции:

2А1 + 3H₂S0_4(конц) → Аl₂0₃ + 3S0₂ + ЗН₂0

2А1 + 2HN0_3(конц) → Аl₂0₃ + 2N0 + Н₂0

Алюминий активно взаимодействует с соляной и разбавленной серной кислотами, восстанавливая из них водород и образуя аквакомплексы:

2А1 + 6НС1 + 12Н₂0 → 2[А1(Н₂0)₆]С1₃ + ЗН₂

Хлорид гексаакваалюминия

Алюминий - типичный амфотерный металл. Оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства, т.е. взаимодействуют с кислотами:

Аl₂0₃ + 6НС1 → 2А1СI₃ + ЗН₂0

и со щелочами:

Аl₂0₃ + 2К0Н → 2КА10₂ + Н₂0 (при сплавлении)

Аl₂0₃ + 2К0Н + ЗН₂0 → 2К[А1(0Н)₄] (в растворе)

или

Аl₂0₃ + 6К0Н + ЗН₂0 → 2К₃[А1(0Н)₆] (в растворе)

Алюминий активно взаимодействует со щелочами в растворах, поскольку щелочи растворяют защитную оксидную пленку:

2А1 + 6Na0H + 6Н₂0 → 2Na₃[А1(0Н)₆] + ЗН₂

Соли алюминия хорошо растворимы в воде, легко гидролизуются. Ряд солей (A1₂S₃, А1₂(С0₃)₃) подвергается необратимому гидролизу:

A1₂S₃ + 6Н₂0 → 2А1(0Н)₃ + 3H₂S↑