Repetitor_po_Khimii

CaSO4 · 2Н2О — гипс — используется для наложения повязок при переломах костей.

Катионы щелочных и щелочноземельных металлов необходимы и для нормальной жизнедеятельности растительных организмов. Например, хлорофилл содержит до 2 % магния, отсутствие катионов калия приводит к гибели растений.

Для восполнения калия в почве обычно применяют калийные удобрения. Источником их получения служат со-

единения калия, распространенные в природе: сильвинит NaCl · KCl, каинит MgSO4 · KCl · 3H2O, древесная и торфяная зола, содержащие поташ К3СО3.

Вопросы для контроля

1.Какие элементы относятся к щелочным металлам? Где в периодической системе находятся эти металлы?

2.Какие элементы составляют главную подгруппу II группы?

3.Какие элементы относятся к щелочноземельным металлам?

4.Какое строение имеют атомы щелочных и щелочноземельных металлов?

5.Как изменяется восстановительная способность металлов в главных подгруппах I и II групп сверху вниз?

6.Какие физические свойства имеют щелочные и щелочноземельные металлы?

7.Какие химические свойства характерны для щелочных и щелочноземельных металлов?

8.Какие оксиды образуют щелочные и щелочноземельные металлы

икакие гидроксиды им соответствуют?

9.Опишите свойства солей щелочных и щелочноземельных металлов. 10. Как получают щелочные и щелочноземельные металлы?

11. Что такое жесткость воды? Чем она обусловлена?

12. В каких единицах выражается жесткость воды?

13. Какие вы знаете виды жесткости воды и способы их устранения? 14. Из чего складывается общая жесткость воды?

15. Опишите биологическую роль и применение соединений щелочных

ищелочноземельных металлов.

320

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1.Сколько литров водорода (н. у.) образуется при взаимодействии 4,6 г натрия с водой?

2.Какая масса хлорида натрия необходима для приготовления 5 л физиологического раствора (ρ = 1,01 г/см3)?

3.Определите молярную концентрацию физиологического раствора, если его плотность равна 1,01 г/см3.

4.Сколько граммов кальция вступило в реакцию с водой, если в результате реакции получили 36 г гидроксида кальция?

5.Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

NaHS

в) Na NaH NaOH NaCl HCl AgCl.

6.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

7.Какие из веществ можно использовать для устранения общей жест-

кости воды: NaOH, H2SO4, СаСl2, Na3PO4, CaSO4, известковая вода, Na2CO3? Запишите 2—3 уравнения соответствующих реакций (по своему выбору) в молекулярной и ионной формах.

8.Какую массу гидроксида кальция следует прибавить к 162 г 5 %-го раствора гидрокарбоната кальция для получения средней соли?

321

Тест № 10 по теме: «Щелочные и щелочноземельные металлы

и их соединения»

(Число правильных ответов — 12)

Вариант I

1. Какова электронная конфигурация атома кальция?

2. С какими из следующих веществ реагирует кальций?

3. С какими веществами реагирует гидроксид кальция?

4. Какие из следующих солей подвергаются гидролизу?

5.Какого состава осадок образуется при взаимодействии растворов солей Na3PO4 и Ca(NO3)2?

6. Какие из указанных металлов являются щелочными?

7.Растворы каких из указанных веществ имеют щелочную реакцию среды (рН > 7)?

322

Вариант II

1.Чему равна сумма числа электронов на внешнем (п = 3) и предвнешнем (п = 2) электронных слоях в атоме натрия?

2.Какие из перечисленных металлов способны вытеснять водород из воды при комнатной температуре?

3. С какими из следующих веществ реагирует калий?

4.С какими из следующих веществ реагирует гидроксид калия?

5. Какие из следующих солей подвергаются гидролизу?

6.Какой осадок образуется при взаимодействии растворов солей Ba(NO3)2 и Na2SO4?

7.Растворы каких из указанных веществ имеют щелочную реакцию среды (рН > 7)?

323

§ 7.5. Алюминий и его соединения

Общая характеристика элементов главной подгруппы III группы

В главную подгруппу III группы входят элементы: бор (В), алюминий (Аl), галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl).

На внешнем электронном слое атомы этих элементов содержат три электрона (…пs2пр1). Они являются р-элементами. У атомов элементов этой подгруппы сверху вниз радиусы увеличиваются, энергия ионизации уменьшается, способность отдавать электроны увеличивается, восстановительная способность увеличивается и металлические свойства усиливаются. В реакциях атомы этих элементов являются восстановителями, за исключением неметалла бора (В), он может быть и окислителем.

Все элементы этой подгруппы проявляют высшую степень окисления +3. Они образуют оксиды типа Э2О3 и гидроксиды Э(ОН)3, которые проявляют амфотерные свойства. Основные свойства оксидов и гидроксидов в подгруппе усиливаются сверху вниз, а кислотные свойства — ослабляются.

Наибольший интерес в этой подгруппе представляет алюминий.

324

Как уже отмечалось, алюминий проявляет постоянную валентность III, соответствующую возбужденному состоянию атома.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе. Общее содержание алюминия в земной коре составляет 8,8 %. В свободном виде алюминия в природе нет. Важнейшие природные соединения: алюмосиликаты — Na2O · Al2O3 · 2SiO2

и К2О · Аl2О3 · 2SiO2; бокситы — Аl2О3 · nН2О, корунд — Аl2О3, криолит — Na3[AlF6] или 3NaF · AlF3. Алюмосиликаты

составляют большую часть массы земной коры.

Получение

Алюминий получают электролизом оксида алюминия Al2O3 в расплаве криолита. Процесс электролиза в конечном итоге сводится к разложению Аl2О3 электрическим током:

Физические свойства

Алюминий — легкий серебристо-белый пластичный металл, хорошо проводит электрический ток и тепло. Температура плавления 660 °С. Природный алюминий состоит из одного изотопа 2713 Al.

Химические свойства

Алюминий — металл. На внешнем электронном слое у атома алюминия три электрона в состоянии …3s23р1. В реакциях алюминий отдает эти электроны и превращается в положительно заряженный ион Аl3+. Алюминий — сильный восстановитель, он находится в левой части электрохимического ряда напряжений металлов. Алюминий реагирует со многими простыми и сложными веществами.

325

I.Взаимодействие алюминия

спростыми веществами

1 . Алюминий легко соединяется с кислородом при комнатной температуре, при этом на поверхности алюминия об-

разуется оксидная пленка (слой Аl2О3). Эта пленка очень тонкая (~10–5 мм), но прочная. Она защищает алюминий

от дальнейшего окисления, поэтому называется защитной пленкой.

Порошок алюминия сгорает в пламени горелки:

4Аl + 3О2 = 2Аl2О3

2.При взаимодействии с галогенами образуются галогениды:

2Аl + 3Сl2 = 2АlСl3

Хлорид

алюминия

2Аl + 3Br2 = 2АlBr3

Бромид

алюминия

3. При взаимодействии с серой образуется сульфид:

t°

2Аl + 3S = Al2S3

Сульфид

алюминия

4.При взаимодействии с азотом при высокой температуре образуется нитрид:

2Аl + N2 = 2AlN

Нитрид

алюминия

5.При очень высокой температуре алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид:

4Аl + 3С = Аl4С3

Карбид

алюминия

326

II. Взаимодействие алюминия со сложными веществами

1.Если с поверхности алюминия удалить оксидную пленку, то он активно взаимодействует с водой:

2Аl + 6Н2О = 2Аl(ОН)3 + 3H2

2.При высокой температуре алюминий реагирует с оксидами металлов, при этом образуется свободный металл и

оксид алюминия. Взаимодействие алюминия при высокой температуре с оксидами металлов называется алюминотермией. Алюминотермию используют в металлургии для получения металлов:

t°

2AI + Fe2O3 = 2Fe + Аl2О3

3. Взаимодействие с разбавленными кислотами (НСl, H2SO4):

а) 2Аl + 6НСl = 2АlСl3 + 3H2

2Аl0 + 6Н+ = 2Аl3+ + 3H20;

б) 2AI + 3H2SO4 = AI2(SO4)3 + 3H2

4.Взаимодействие с концентрированной серной кислотой при нагревании:

t°

8Аl + 15H3SO4 = 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12Н2О

На холоду алюминий не взаимодействует с концентрированной H2SO4, так как пассивируется ею.

5.С концентрированной азотной кислотой алюминий не реагирует. Она пассивирует алюминий. Поэтому концентрированную азотную кислоту хранят в алюминиевых емкостях. С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием оксида азота (II):

Аl + 4HNO3 = Al(NO3)3 + NO + 2Н2О

6.Взаимодействие алюминия со щелочами. Алюминий, как

идругие металлы, образующие амфотерные оксиды и гидроксиды, взаимодействует с растворами щелочей.

327

Рассмотрим механизм этого взаимодействия. Алюминий при обычных условиях, как уже было отмечено, покрыт защитной пленкой оксида Аl2О3. При погружении алюминия в раствор щелочи эта пленка растворяется:

Аl2О3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + Н2О

Освобожденный от защитной пленки алюминий, будучи активным металлом (Е0Al = 1,7 В), взаимодействует с водой подобно щелочным и щелочноземельным металлам:

Образовавшийся гидроксид алюминия, являясь амфотерным гидроксидом, взаимодействует со щелочью:

Складывая уравнения (1) и (2), получаем суммарное уравнение взаимодействия алюминия с раствором щелочи:

2Аl + 2NaOF + 2Н2О = 2NaAlO2 + 3H2

Соединения алюминия

Оксид алюминия Аl2О3 — белое твердое вещество, не растворяется в воде, температура плавления 2050 °С. Оксид алюминия проявляет амфотерные свойства и взаимодействует с кислотами и с основаниями:

Аl2О3 + 6НСl = 2АlСl3 + 3H2О

Аl2О3 + 6Н+ = 2Аl3+ + 3H2О

Аl2О3 + 2NaOH = 2NaAlО2 + Н2О

Аl2О3 + 2OH– = 2AlO2– + Н2О

Гидроксид алюминия Аl(ОН)3 — белое твердое вещество, не растворяется в воде, обладает амфотерными свойствами. Гидроксид алюминия реагирует с кислотами и основаниями, т. е. Аl(ОН)3 в зависимости от условий проявляет слабые основные или слабые кислотные свойства.

1. Взаимодействие гидроксида алюминия с кислотами:

Аl(ОН)3 + 3HСl = АlСl3 + 3H2О

Аl(ОН)3 + 3H+ = Аl3+ + 3H2О

328

2. Взаимодействие Аl(ОН)3 со щелочами: AI(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O

Al(OH)3 + ОН– = АlО2– + 2Н2О

или:

Аl(ОН)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

Тетрагидроксоалюминат натрия

Аl(ОН)3 + ОН– = Аl(ОН)4–

3. Термическое разложение гидроксида алюминия.

При высокой температуре Аl(ОН)3 разлагается на оксид алюминия и воду:

t°

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Применение алюминия и его солей

Легкость алюминия и его сплавов и большая устойчивость по отношению к воздуху и воде обусловливают их применение в машиностроении, авиастроении, судостроении. Алюминиевой посудой широко пользуются в быту.

Некоторые соли алюминия применяют в медицине для лечения кожных заболеваний: KAl(SO4)2 · 12Н2О — алюмокалиевые квасцы: (СН3СОО)3Аl — ацетат алюминия. Оксид алюминия Аl2О3 используется в качестве адсорбента в хроматографии. Хлорид алюминия АlСl3 применяется в качестве катализатора в органической химии. Сульфат алюминия Al2(SO4)3 · 18H2O используется для очистки воды.

Вопросы для контроля

1.Дайте общую характеристику элементов главной подгруппы третьей группы.

2.Какие природные соединения алюминия вы знаете?

3.Каким способом получают алюминий? Напишите уравнение реакции.

4.Дайте характеристику свойств алюминия.

5.Напишите уравнения реакций взаимодействия алюминия с простыми веществами: хлором, бромом, серой, азотом, углеродом.

329