1.3. Алюминий
А
13 Al
алюминий
Al2O3 + 6 H+ 2 Al+3 + 3 H2O
Al2O3 + 2OH- + 3H2O 2[Al(OH)4] -
Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой:
2Al + 6 H2O 2 Al(OH)3 + 3 H2,
Алюминий активно реагирует с кислотами
2 Al + 6 H+ 2 Al+3 + 3 H2,
и с водными растворами щелочей
2Al + 2OH- + 6 H2O 2[Al(OH)4]- + 3H2.
Гидроксид алюминия Al(OH)3 - типичное амфотерное соединение: свежеприготовленный легко растворяется в кислотах и в щелочах.
OH- OH-
A l+3 Al(OH)3 [Al(OH)4] -
H+ H+
Для получения осадка Al(OH)3 щелочь обычно не используют из-за легкости перехода осадка в раствор, а действуют на соли алюминия гидроксидом аммония, причем при комнатной температуре образуется Al(OH)3 ( ортоалюминиевая кислота H3AlO3), а при кипячении - AlO(OH) (метаалюминиевая кислота HAlO2)
AlCl3 + 3 NH4OH = Al(OH)3 + 3NH4Cl
t
AlCl3 + 3 NH4OH = HAlO2 + 3NH4Cl + H2O
Соли алюминия и сильных кислот хорошо растворимы в воде и подвергаются в значительной степени гидролизу по катиону, создавая сильнокислотную среду, в которой возможно растворение металлов, например, Mg или Zn:
A l+3 + H2O AlOH2+ + H+ ( рН <<7) (I ступень)
При определенных условиях (нагревание, подщелачивание) гидролиз протекает и по следующим ступеням
( AlOH) 2+ + H2O [Al(OH)2]+ + H + (II ступень)
[
Al(OH)2]+
+ H2O
Al(OH)3
+ H+
(III ступень)
В растворах метаалюминатов (NaAlO2) среда щелочная из-за гидролиза по аниону
A lO2- + H2O HAlO2 + -OH (pH >7)
Алюминий - важнейший конструкционный металл, основа легких коррозионно-стойких сплавов (с магнием - дюралюмин или дюраль, с медью - бронза). Чистый алюминий в больших количествах идет на изготовление посуды и электрических проводов.
Лабораторная работа №3
Опыт 1. Взаимодействие металлического алюминия со щелочью
Поместить в пробирку немного алюминиевых стружек и добавить к нему 5-10 капель раствора щелочи. Легко ли алюминий растворяется в щелочи? Объяснить механизм реакции алюминия со щелочами. Написать уравнения реакций.
Опыт 2. Получение гидроксида алюминия и исследование его свойств
В две пробирки поместить по 2-3 капли раствора соли алюминия и осторожно добавить в каждую по 1-3 капли 2н раствора едкого натра до образования осадка гидроксида алюминия. К полученному осадку прибавить в одну пробирку 3-4 капли раствора соляной кислоты, в другую - такое же количество раствора едкого натра. Что наблюдается в обоих случаях? Какой вывод о свойствах гидроксида алюминия можно сделать? Написать в молекулярном и ионном виде уравнения: а) реакции получения гидроксида алюминия; б) реакции взаимодействия гидроксида алюминия с кислотой и щелочью; в) схему равновесия диссоциации гидроксида алюминия. Как смещается равновесие диссоциации гидроксида алюминия при добавлении избытка кислоты? При добавлении избытка щелочи?
Опыт 3. Гидролиз растворов солей алюминия.
Определить рН водного раствора соли алюминия.Для этого нанести 1 каплю раствора соли на полоску универсального индикатора.
Написать молекулярное и ионное уравнения первой ступени гидролиза. Почему гидролиз данной соли не идет до конца? Какие продукты получаются в результате реакции? Как можно уменьшить или усилить гидролиз соли алюминия?
Контрольные вопросы:
1. Составить электронную формулу атома алюминия, иона алюминия в в характерной степени окисления.
2. Написать уравнения реакций горения алюминия в кислороде; в хлоре; в парах серы.
3. Какие кислотно-основные свойства характерны для оксида и гидроксида алюминия? Составить уравнения соответствующих реакций.
4. Какие вещества и в какой последовательности образуются при постепенном прибавлении избытка раствора гидроксида натрия к раствору хлорида алюминия? Составить уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.
5. Почему нельзя пользоваться алюминиевыми сосудами для хранения щелочных растворов? Привести уравнения реакций.
6. Почему алюминий, находясь в ряду электродных потенциалов левее водорода, не вытесняет его из воды, но легко вытесняет водород из водного раствора щелочи?
7. Какие вещества и в какой последовательности образуются при постепенном добавлении избытка раствора соляной кислоты на раствор алюмината натрия?
8. Как алюминий реагирует с разбавленными и концентрированными соляной и серной кислотами? Составить уравнения реакций.
9. Как алюминий реагирует с разбавленной и с концентрированной азотной кислотой ? Составить уравнения реакций.
10.Чем объясняется высокая коррозионная устойчивость алюминия? Как влияют ионы ртути на коррозию алюминия? Составить уравнения реакций.
11.Написать уравнения реакций для следующих превращений:
а) Al2O3 AlCl3 Al(OH)3 K3AlO3 ;
б) K3AlO3 Al(OH)3 Al2O3 Al .
12. Написать уравнения реакций для следующих превращений:
а) Al AlCl3 Al(OH)Cl2 Al(OH)3 ;
б) K3AlO3 Al2(SO4)3 Al(HSO4)3 Al(OH)3 .
13. Написать уравнения реакций гидролиза следующих солей : а) хлорида алюминия; б) сульфида алюминия. Какая реакция среды в водных растворах этих солей?
14. Как изменяется окраска лакмуса в водных растворах солей: нитрата алюминия; метаалюмината натрия; алюмокалиевых квасцов? Составить уравнения реакций.
15. Объяснить, почему при сливании растворов нитрата алюминия и сульфида натрия не образуется осадка сульфида алюминия. Что образуется?
16. Почему при действии сульфида натрия и карбоната натрия на водный раствор алюмокалиевых квасцов выпадает осадок одинакового состава? Составить уравнения реакций.
17. Какой процесс называется алюмотермией? Для чего он используется?
18. Каков состав термитной смеси? Для чего она используется? Составить уравнение реакции.
19.Написать уравнения реакций для следующих превращений:
Al Al2S3 Al(OH)3 AlCl3 K[Al(OH)4]
20.Как получают алюминий в промышленности?