Лабораторная работа 18 Алюминий, олово, свинец

Цель работы: изучить химические свойства алюминия и его соединений, а также соединений олова и свинца.

Задание: получить гидроксиды Al, Sn (II), Pb (II) и убедиться на опытах, что они имеют амфотерный характер; что соединения Sn (II) проявляют свойства восстановителей, а соединения Pb (IV) – окислителей. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Алюминий, олово, свинец – элементы главных подгрупп III и IV групп. Относятся к р-металлам.

На внешнем энергетическом уровне у атомов алюминия находится три электрона (3s²3p¹), поэтому в большинстве соединений он проявляет степень окисления +3.

На воздухе алюминий покрывается очень прочной тончайшей оксидной пленкой, которая определяет его высокую коррозионную стойкость:

4А1 + 3О₂ = 2А1₂О₃.

При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется:

Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O = 2Na[Al(OH)₄],

алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой:

Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3Н₂↑.

Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании. В концентрированных азотной и серной кислотах, а также в сильно разбавленной азотной кислоте алюминий устойчив, так как эти кислоты пассивируют алюминий, упрочняя защитную оксидную пленку на его поверхности.

Алюминий легко растворяется в растворах щелочей с образованием гидроксоалюминатов и водорода:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3Н₂↑.

Гидроксид алюминия Al(OH)₃ получается действием щелочи на раствор соли и, как амфотерный гидроксид, легко растворяется в избытке щелочи с образованием гидроксоалюмината, так и сильных кислотах, давая соли алюминия.

Атомы олова и свинца на внешнем энергетическом уровне имеют по 4 электрона (ns²р²). Поэтому характерные степени окисления олова и свинца +2 и +4. Для олова наиболее устойчивыми являются соединения со степенью окисления +4. Поэтому соединения Sn (II) являются восстановителями. Для свинца, наоборот, наиболее типичны соединения со степенью окисления +2. Вследствие этого соединения Pb (IV) проявляют себя как окислители.

В обычных условиях олово устойчиво по отношению к воздуху и воде, свинец на воздухе окисляется, покрываясь синевато-серой пленкой:

Pb + O₂ + CO₂ = PbO∙PbCO₃

В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно перед водородом. В разбавленных HCl и H₂SO₄ олово растворяется очень медленно с образованием Sn²⁺ и выделением водорода, а свинец в этих кислотах почти не растворяется, так как покрывается нерастворимыми продуктами окисления PbCl₂ и PbSO₄. В концентрированной HCl эти металлы растворяются с образованием хлорокомплексов:

М + 4HCl (конц.) = Н₂[MCl₄] + H₂↑.

Концентрированная H₂SO₄ окисляет олово до Sn(SO₄)₂, а свинец до Pb(HSO₄)₂; Н₂SO₄ при этом восстанавливается до SO₂. Разбавленной HNO₃ олово и свинец окисляются до нитратов М(NO₃)₂, восстанавливая HNO₃ до NO:

3М + 8HNO₃ (разб.) = 3М(NO₃)₂ + 2NO + 4Н₂О

Концентрированная HNO₃ переводит олово в оловянную кислоту H₂SnO₃, а свинец – в соль Pb(NO₃)₂, HNO₃ восстанавливается до NO₂.

При нагревании оба металла растворяются в водных растворах щелочей:

М + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[M(OH)₄] + H₂↑.

Олово и свинец образуют нерастворимые в воде оксиды: SnO, PbO и SnO₂, PbO₂. Этим оксидам соответствуют гидроксиды, обладающие амфотерными свойствами. В гидроксидах олова (II) и свинца (II) преобладают основные свойства, а в гидроксидах олова (IV) и свинца (IV) – кислотные.