Алюминий. Химия алюминия и его соединений
Бинарные соединения алюминия
Алюминий
Положение в периодической системе химических элементов
Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение алюминия и свойства
Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :
+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p
Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :
+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p
Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.
Физические свойства
Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .
Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.
Нахождение в природе
Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.
В природе алюминий встречается в виде соединений:
Корунд Al2O3. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.
Способы получения
Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na3AlF6, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:
На катоде происходит восстановление ионов алюминия:
Катод: Al 3+ +3e → Al 0
На аноде происходит окисление алюминат-ионов:
Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:
Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:
AlCl3 + 3K → Al + 3KCl
Качественные реакции
Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.
Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 + 3NaCl
При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:
Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:
AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl
Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.
AlCl3 + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4Cl
Al 3+ + 3NH3·H2O = Al(OH)3 ↓ + 3NH4 +
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.
Химические свойства
1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .
1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:
1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:
1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:
Al + P → AlP
1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:
2Al + N2 → 2AlN
1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:
1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.
2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))
Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:
2Al 0 + 6 H2 + O → 2 Al +3 ( OH)3 + 3 H2 0
Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):
3HgCl2 + 2Al → 2AlCl3 + 3Hg
Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.
2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.
Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:
2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.
С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:
При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:
2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ↑
Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.
Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:
2Al + 6NaOH → 2Na3AlO3 + 3H2 ↑
Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):
2Al + 6NaOH → 2NaAlO2 + 3H2↑ + 2Na2O
2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .
Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:
2Al + 3CuO → 3Cu + Al2O3
Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):
Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):
Химическое уравнение можно составить для процесса плавления алюминия
§46. Алюминий
1. Пользуясь периодической таблицей и на основе представлений о строении атомов, поясните, как изменяются свойства элементов в ряду Na-Mg-Al.
Металлические и основные свойства убывают.
2. Почему алюминий в природе встречается только в соединениях?
Т.к. алюминий сам по себе очень активный металл (так он устойчив к воздействию кислорода и воды из-за наличия оксидной пленки) и в электрохимическом ряду напряжения металлов стоит сразу за самыми активными металлами.
3. Охарактеризуйте важнейшие природные соединения алюминия.
4. Для получения алюминия из AlCl₃ в качестве восстановителя можно использовать кальций. Охарактеризуйте этот процесс и составьте уравнение реакции, покажите переход электронов. Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?
5. Составьте уравнения реакций, в которых алюминий восстанавливает: а) галогены; б) железо; в) ионы водорода; г) серу; д) кислород. Покажите переход электронов.
6. Могут ли быть окислителями: а) атомы алюминия; б) ионы алюминия? Ответ подтвердите уравнениями реакций.
Атомы алюминия не могут быть окислителями.
Окислителями могут быть ионы: 3Ca0+2Al3+ Cl3=3Ca+2 Cl2+2Al0
7. Сколько потребуется алюминия, чтобы при реакции с соляной кислотой получить столько водорода, сколько его выделяется при взаимодействии 1 моль натрия с водой?
8. На сплав алюминия и меди подействовали избытком концентрированного раствора гидроксида натрия при нагревании. Выделилось 2,24 л некоторого газа (н.у.). Вычислите процентный состав сплава, если его общая масса была 10 г.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Схема строения иона Al3+ – это
2. Один из способов получения металлов, например, по уравнению реакции
Fe₂O₃+2Al=Al₂O₃+2Fe
называют
Алюмотермия
3.Химическую реакцию, уравнение которой
2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑,
Относят к реакциям
4) замещения
4. Установите соответствие между названием минерала и его формулой.
1) боксит — Al₂O₃·nH₂O
2) корунд – Al₂O₃
3) каолинит — Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O
4) полевой шпат — K₂O·Al₂O₃·6SiO₂
Химическое уравнение можно составить для процесса:
1. Плавления алюминия
2. Разложения мела при прокаливании
3. Смешивания мела и песка
4. Фильтрования
Ответы на вопрос
d — плотностьrh4 — летучее водородное соединение, r — искомоеm(co2)=12+16+16=44m(rh4)/m(co2)=0.363
m(rh4)/44=0.363m(rh4)=16m(r)=16-4*1=1212 — молярный вес углеродаответ: соединение — ch4 метан
zn+ 2hcl= zncl2 + н2
zn 2+ + 2h+ + 2cl- = zn 2+ + 2cl — + h2
в этой реакции мы наблюдаем выделение водорода н2.
2al + 6hcl = 2alcl3 + 3h₂
m (al) = 2 · 27 = 54г/моль
m (h) = 1·2·3 = 6 г/моль
2al + 6hcl = 2alcl3 + 3h₂
54 г/моль 6 г/моль
х = 4,5 · 6 ÷ 54 = 0,5г
Похожие вопросы
Вопросы по предметам
определяет роль фотонерисана у растений cpanennaer органы жения Бесп
(по за каждый ответ: )
1. Ростстьев и побегов в направлен солечного света
С) отрицательнай геотропизм D) положитей гелиотропи м
в) положительный фототро
2. Светолюбивые растения:
А) сосна и ландыш в) калит и ис С) ромашка и сахарнай тростник 3. По требованию к условиям осости растения делится на экологические группы:
C) геневыносливые и светомобивые
А) светолюбивые и короткодневные В) короткодневные и алишолнение
D) длиннодневные и теневыносливы — реактивное жение?
4. У каких животных передвижения
А) осьминог и дождевые черн В) медузы я осьминог
С) кроты и насекомые нелки D) рибы и гидры
5. Временные выросты цитоплазмы: А) ложнопожки
Задание 2. Назовите виды тропизмов растений, указанных на рисунке.
Задание 3. Выпишите номера только ВЕРНЫХ утверждений.
1. фотопериолизм живых организмов изменять свои физиологические оцессы в зависимости от длины светового дня.
Ритмы сердца, температуры тела, частоты пульса — это головые ритмы.
3. ДИКОРастущие длиннодневные растения распространены в основном в умеренных и
полярных широтах. 4. Явление фотопериодизма носит обязательный и необходимый характер.
5. Георгины, хризантемы, пшеница-это растения короткого дня. 6. Фотопериодизм вызван внешними причинами.
7. Суточные ритмы — это ритмы, которые при организмы к сезонной смене
http://superhimik.ru/9-klass/46-alyuminij.html
http://reshebnik-gdz.com/khimiya/task35107901