Свойства алюминия и его соединений

В промышленности алюминий получают электролизом расплава боксита Al₂O₃ в криолите Na₃AlF₆ при 960^оС.

Al₂O₃Al³⁺ + AlO₃^3-

На катоде идет восстановление: Al³⁺ + 3е  Al

На аноде идет окисление: 4AlO₃^3- - 12е  3О₂ + 2Al₂O₃

Алюминий покрыт инертной защитной пленкой Al₂O₃. Без оксидной пленки Al очень активен и взаимодействует с кислородом и водой:

4Al + 3O₂  2Al₂O₃

2Al + 6H₂O  2Al(OH)₃ + 3H₂

Алюминий взаимодействует с кислотами и щелочами:

2Al + 6HCl  2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 6NaOH + 6H₂O  Na₃[Al(OH)₆] + 3H₂

Оксид алюминия имеет амфотерные свойства:

Al₂O₃ + H₂O 

Al₂O₃ + 6HCl  2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O

Гидроксид алюминия можно получить из солей действием гидроксида аммония или действием недостатка щелочи. Гидроксид алюминия имеет амфотерные свойства.

AlCl₃ + 3NH₄OH  Al(OH)₃ + 3NH₄Cl

AlCl₃ + 3NaOH  Al(OH)₃ + 3NaCl

Al(OH)₃ + 3NaOH  Na₃[Al(OH)₆]

Al(OH)₃ + 3HCl  AlCl₃ + 3H₂O

Соли алюминия гидролизуются. Некоторые из них (Al₂S₃, Al₂(CO₃)₃) полностью разлагаются водой.

Al₂S₃ + 6H₂O  2Al(OH)₃ + 3H₂S

Алюминий используется для получения металлов - метод алюминотермии. Термитная смесь Al + Fe₃O₄ при поджигании выделяет большое количество энергии, получаемое железо при этом расплавляется.

8Al + 3Fe₃O₄  9Fe + 4Al₂O₃

Алюминий широко применяется как конструкционный материал, а также в электротехнике. Соединения индия и таллия ядовиты. Так сульфат таллия используется как зооцид для борьбы с грызунами.

10.2. Химия элементов iva группы

Элементы IVA группы имеют электронную формулу ns²np². Углерод и кремний являются неметаллами, германий, олово, свинец - металлами. Для элементов характерны степени окисления +4, +2, 0, -4 и валентность 4. В возбужденном состоянии атомы имеют конфигурацию ns¹np³, в этом состоянии для них характерна s¹p³-гибридизация.

Свойства углерода и его соединений

Оксид углерода(II) СО является безразличным оксидом, также, как и SiO, NO, N₂O. Его можно получить:

CO₂ +  2CO или 2С + О₂  2СО

СО - сильный восстановитель:

3СO + Fe₂O₃ 2Fe + 3CO₂

CO + CuO Cu + CO₂

CO - угарный газ - ядовит, реагирует с гемоглобином, образую карбоксигемоглобин.

Оксид углерода(IV) CO₂ - углекислый газ - взаимодействует с водой, образуя слабую, неустойчивую угольную кислоту H₂CO₃:

CO₂ + H₂OH₂CO₃H⁺ + HCO₃^-2H⁺ + CO₃^2-

CO₂ взаимодействует с основаниями, образуя карбонаты и гидрокарбонаты:

CO₂ + Ca(OH)₂  CaCO₃ + H₂O

+ CaCO₃ + H₂O  Ca(HCO₃)₂

В промышленности CO₂ получают при обжиге известняка CaCO₃, получая негашеную известь СаО, при температуре более 950^оС:

CaCO₃ CO₂ + CaO

В лаборатории CO₂ получают в аппарате Киппа, действуя на мрамор соляной кислотой:

CaCO₃ + 2HCl  CaCl₂ + H₂O + CO₂

Образующийся при этом СО₂ очищают от примесей HCl и паров воды, пропуская через раствор гидрокарбоната натрия и концентрированную серную кислоту:

HCl + NaHCO₃  NaCl + H₂O + CO₂

H₂O + H₂SO₄(конц.)  H₂SO₄H₂O

СО₂ не горит и не поддерживает горение, его используют для тушения пожара. CaCO₃ используют для известкования сильнокислых почв.

В соединениях с металлами углерод проявляет отрицательные степени окисления: Al₄⁺³C₃^-4, Ca⁺²C₂^-1 и др. Ацетиленид (“карбид”) кальция CaC₂ получают при высокой температуре сплавлением оксида кальция с углем. При взаимодействии с водой CaC₂ образует ацетилен.

СаО + 3С CaC₂ + СО

CaC₂ + 2H₂O  Ca(OH)₂ + C₂H₄