тема 14. алюміній

Тема 14. Алюміній

Перевірте свої знання

Виконайте тест 27. На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися словниками, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 27 (вступний)

1. Укажіть найпоширеніший металічний елемент на Землі.

2. Укажіть формулу захисної плівки, що утворилася на поверхні алюмінію.

3.У реакції з якою речовиною алюміній оксид виявляє властивості кислотного оксиду?

Алуг

Б кислота В вода

Гкислотний оксид

4.Установіть відповідність між реагентами реакцій та скороченозображеними схемами.

5. Установіть послідовність утворення речовин у ланцюжку перетворень від алюмінію до алюміній гідроксиду

АAl

БAl(NO3)2 ВAl2O3 ГAl(OH)3

6. У результаті алюмінотермічного відновлення 320 г ферум (ІІІ) оксиду було добуто 170 г заліза. Яка масова частка виходу заліза (%)?

98

www.e-ranok.com.ua

тема 14. алюміній

теоретична частина

АлюмініЙ

Алюміній перебуває в головній підгрупі III групи, належить до рідкісноземельних металів. На його зовнішньому електронному шарі міститься три електрони, які він здатний віддавати.

Порівнюючи Алюміній з іншими елементами цієї підгрупи, можна відзначити неметалічність Бору, який стоїть після Берилію в періоді, металічні властивості Галію, із чого можна припустити амфотерності сполук Алюмінію, тобто проміжних (від металічних до неметалічних) властивостей цього елемента.

Алюміній — найпоширеніший метал на Землі (3-тє місце серед усіх елементів; 8% складу земної кори). У вигляді простої речовини він у природі не зустрічається; входить до складу багатьох сполук, які утворюють ґрунт: глиноземів (Al2O3) та бокситів (Al2O3 . xН2O).

Алюміній—сріблясто-білийметал.Вінковкий,легковитягуєтьсявдріт,tпл =+660°С,tкип =+2520°С. При кімнатній температурі алюміній не змінюється на повітрі, тому що його поверхня покрита тонкою оксидною плівкою, яка характеризується сильною захисною дією.

хімічні властивості

1) Взаємодія з киснем.

Алюміній є активним металом, тому на повітрі швидко реагує з киснем. Але перетворенню піддається тільки та частина алюмінію, яка перебуває на поверхні зразка, тому що продукт взаємодії — алюміній оксид — утворює щільну оксидну плівку:

4Al + 3O2 = 2Al2O3 .

2) Взаємодія з галогенами.

Порошкоподібний алюміній активно взаємодіє з йодом за звичайних умов у присутності каталітичної кількості води:

2Al + 3I2 = 2AlI3.

3) Взаємодія з сіркою:

2Al + 3S = Al2S3 .

4) Взаємодія з водою.

Незважаючи на високу хімічну активність, з водою алюміній не взаємодіє. У першу чергу, завдяки захисній плівці, а також тому, що продукт взаємодії алюмінію з водою — нерозчинна речовина.

5) Взаємодія з кислотами.

Аналогічно до всіх активних металів алюміній витісняє водень із розчинів кислот:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2 ;

2Al + 3H2SO4 = Al2 (SO4 )3 + 3H2 .

6) Взаємодія з лугами.

Завдяки тому, що алюміній утворює амфотерні сполуки, він також здатний витісняти водень із розчинів лугів:

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2NaAl(OH)4 + 3H2 .

99

www.e-ranok.com.ua

тема 14. алюміній

Добування алюмінію

Алюміній є одним із багатотоннажних продуктів металургійної промисловості. Його добувають у величезних кількостях, тому що він є цінним матеріалом і реагентом. У сучасній металургії алюміній добувають електролізом бокситів (алюміній оксиду). Оскільки сам алюміній оксид є дуже тугоплавкою речовиною, для зменшення енерговитрат у боксит додають плавиковий шпат (кальцій фторид), що знижує температуру плавлення руди.

Застосування алюмінію

Алюміній є цінним конструкційним матеріалом. Маючи відносну легкість (густина алюмінію набагато легша, ніж у сталі), він є досить міцним металом. Його використовують для виготовлення легких конструкцій, у сплаві з магнієм для обшивки літаків тощо. З алюмінію виготовляють столові прибори й посуд. У великих кількостях алюміній використовують у металургії для добування металів алюмотермічним способом.

Al2O3 – природний мінерал корунд, амфотерний оксид, має велику твердість: Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O; Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]

Al(OH)3 – білого кольору нерозчинний у воді; амфотерна основа:

Al(OH)3 + 3HCl = 3H2O +AlCl3; Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

виконайте контрольний тест

На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися слов никами, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 28 (контрольний)

4. Установіть відповідність між реагентами реакцій та молекулярно йонними рівняннями цих реак-

6. Яка масова частка алюмінію (%) у суміші, якщо в результаті обробки 40 г цієї суміші надлишком хлоридної кислоті утворилося 5,6 л водню (н. у.)?

100

www.e-ranok.com.ua

тема 15. феРум

Тема 15. Ферум

Перевірте свої знання

Виконайте тест 29. На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися словниками, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

5. Установість послідовність реагентів та умов, за яких відбувається перебіг хімічних реакцій в генетичному ланцюжку перетворень:

Fe2O3→Fe→FeCl3→Fe(OH)3→Fe2O3.

А нагрівання Б натрій гідроксид В хлор

ГAl

6.У результаті взаємодії 0,5 г двовалентного металу із сульфатною кислотою утворилося 200 мл водню (н. у.). Указати порядковий номер цього металу в ПСХЕ.

101

www.e-ranok.com.ua

тема 15. феРум

теоретична частина

феРум

Властивості хімічного елемента

Ферум належить до металічних елементів. За будовою електронної оболонки його відносять до d-елементів, тому що в нього відбувається заповнення електронами d-підрівня.

Здебільшого Ферум виявляє ступінь окиснення +2 (за рахунок двох електронів зовнішнього рівня) або +3 (віддаючи ще один електрон з передзовнішнього рівня). Ступінь окиснення +3 для Феруму більш стабільний, оскільки передзовнішній d-підрівень у цьому разі стає наполовину заповненим, що є більш вигідним. Ферум є досить активним елементом. У хімічних реакціях він проявляє здебільшого металічні властивості.

фізичні властивості заліза

Залізо є речовиною з немолекулярною будовою. У звичайних умовах залізо являє собою метал сірого кольору з металічним блиском, добре проводить електричний струм і теплоту. Залізо є досить пластичним металом і добре піддається куванню. Температура плавлення заліза +1540 °С, густина 7,87 г/см3. Як і багато інших металів, залізо не розчиняється у воді та в інших розчинниках, але розчиняється в ртуті.

102

www.e-ranok.com.ua

тема 15. феРум

Залізо притягується магнітом, тобто є парамагнетиком. Для заліза також характерне явище феро магнетизму — воно зберігає намагніченість після усунення зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому із заліза можна виготовляти магніти, а також матеріали для запису інформації.

хімічні властивості заліза

Залізо досить активно вступає в хімічні взаємодії. Оскільки залізо має явні металічні властивості, то воно вступає переважно в реакції з неметалами.

Залізо активно вступає у взаємодію з киснем навіть у звичайних умовах. При нагріванні заліза на повітрі його поверхня покривається залізною окалиною:

3Fe +2O2 → Fe3O4 .

Залізний дріт також дуже активно згорає, якщо його помістити в посудину, наповнену хлором. При цьому утворюється ферум(III) хлорид:

2Fe +3Cl2 →2FeCl3 .

Залізо також активно взаємодіє із сіркою. У результаті цієї реакції утворюється ферум(II) сульфід:

Fe + S → FeS.

Залізо здатне реагувати з водою. При пропусканні перегрітої пари через розжарені залізні ошурки залізо перетворюється в залізну окалину й при цьому виділяється водень:

3Fe +4H2O t→Fe3O4 +4H2 .

У звичайних умовах залізо активно реагує з кислотами. При цьому утворюються солі, до яких Ферум входить зі ступенем окиснення +2:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 .

Ферум також здатен витісняти менш активні метали з розчинів солей:

Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu.

Зі ступенем окиснення +3 він може проявляти амфотерні властивості. Це можна довести тим, що ферум(III) гідроксид розчиняється в гарячому концентрованому лузі:

Fe(OH)3 +NaOH = Na Fe(OH)4 .

Амфотерні властивості Феруму проявляються значно слабше, ніж в Алюмінію, тому що алюміній гідроксид розчиняється в лугах у звичайних умовах, а ферум(III) гідроксид — при нагріванні й за умови високої концентрації лугу.

Застосування заліза

Залізо є одним із семи найстаріших металів — металів, відомих людству з давніх часів. Унаслідок високої хімічної активності самородне залізо (тобто у вигляді простої речовини) на Землі не зустрічається. Люди навчилися добувати залізо на початку першого тисячоліття до нашої ери. Звідтоді почався залізний вік розвитку нашої цивілізації. Хоча в археологічних розкопках іноді зустрічаються залізні вироби, датовані другим і третім тисячоліттям до нашої ери, це так зване космічне залізо — уламки залізних метеоритів, які впали на Землю.

Залізо є набагато твердішим металом, аніж мідь, тому знаряддя праці та зброю для полювання було зручніше виготовляти саме з нього. Однак для добування заліза необхідна більш висока тем-

103

www.e-ranok.com.ua

тема 15. феРум

пература вогню, ніж для добування міді. І хоча міді в земній корі міститься приблизно в 1000 разів менше, ніж заліза, її було простіше виплавляти й обробляти. Отож першим металом, який почали обробляти люди, була мідь, а не залізо.

Залізо здебільшого використовують у вигляді сплавів: чавуну й сталі. Чавун за фізичними властивостями посутньо відрізняється від заліза: він набагато твердіший і крихкіший. Саме тому чавун не піддається куванню, однак із нього виходять предмети, які можуть витримувати вели - кі механічні навантаження. Раніше з нього виплавляли гармати та ядра й навіть посуд. Зараз із чавуну роблять станини для верстатів, лещата та інші вироби, для яких більше важить механіч - на міцність, а не пластичність. Такі вироби дуже бояться ударів, від сильного удару чавун роз - бивається.

Широко розповсюджена іржостійка сталь, її добувають додаванням у сталь нікелю й хрому, а для добування зносостійкої сталі додають марганець (таку сталь використовують для виготовлення залізничних рейок).

FeO – компонент кераміки, пігмент для фарб і термостійкої емалі, Fe2O3 – для виготовлення кераміки, цементу, як пігмент.

Залізний купорос FeSO4 ∙ 7H2O застосовують у виробництві мінеральних фарб, при фарбуванні тканин, для боротьбі з шкідниками сільського господарства.

Хлористе залізо – для отримання чистого заліза.

Fe2O3 – сполука бурого кольору, відноситься до амфотерних оксидів: Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O;

Fe2O3 + 2KOH =t 2KFeO2 + H2O

Fe(OH)2 – білого кольору, поступово зеленіє:

Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + H2O

Fe(OH)3 – бурого кольору, відноситься до амфотерних основ: Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3 + 3KOH = K3[Fe(OH)6]

У водних розчинах сполуки Fe2+ легко окиснюється до Fe3+: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3.

104

www.e-ranok.com.ua

тема 15. феРум

виконайте контрольний тест

На його виконання відводиться 15 хвилин. Під час роботи над тестом не можна користуватися слов никами, підручниками, посібниками, довідниками тощо.

тест 30 (контрольний)

1. Позначте правильне закінчення твердження: «Свіжоосадженний ферум(ІІ) гідроксид поступово змінює колір на бурий увнаслідок утворення…»

А Fe(OH)3

Б Fe2O3

В FeO

ГFe

2.Укажіть продукти взаємодії заліза з хлоридною кислотою.

А FeCl2 та H2 Б FeCl3 та H2O В FeOH та Сl2 Г FeCl2 та H2O

3. Укажіть речовину, з якою не взаємодіє залізо.

АAlCl3

Б HCl

ВCuCl2

ГCl2

4.Установіть відповідність між реагентами та схемами перетворень елементів.

5. Установіть послідовність реагентів та умов, за яких відбувається перебіг хімічної реакції в генетичному ланцюжку перетворень:

Fe → Fe3+ → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe3+.

А нагрівання Б хлор

В хлоридна кислота

Гнатрій гідроксид

6.Який об’єм водню можна добути, якщо подіяти залізом на 4 кг розчину кислоти з масовою част-

кою H2SO4 12,25%?

105

www.e-ranok.com.ua