Оксид алюминия соляная кислота полное ионное уравнение

Как соляная кислота реагирует с алюминием

Алюминий — ковкий, легкий серебристо-белый металл, хороший проводник электричества. Соединение алюминия с кислотой приводит к типичной реакции с образованием соли алюминия и газообразного водорода.

Алюминий реагирует с разбавленной соляной кислотой при комнатной температуре, образуя хлорид алюминия и бесцветный газообразный водород. Эта реакция необратима, поскольку конечные продукты не вступают в реакцию друг с другом. Алюминий действует как восстановитель и высвобождает электроны:

Катионы соляной кислоты принимают эти электроны и восстанавливаются до молекулярного водорода:

Полное уравнение ионной реакции:

2Al⁰ + 6H⁺ + 6Cl⁻ = 2Al³⁺ + 6Cl⁻ + 3H₂ ↑

Чистая форма иона:

2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂ ↑

В молекулярном виде реакция выглядит так:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

Металлический алюминий — не единственное вещество, которое может реагировать с соляной кислотой — этим свойством обладают многие соединения металлов. С солями происходит обменная реакция, когда ионы или реактивные группы обоих реагентов «меняют свое положение». Чтобы реакция с алюминием или его соединениями была необратимой, реагенты должны образовывать газ, осадок или труднорастворимое вещество. Требуемые количества реагентов должны быть точно рассчитаны.

Реакции гидроксидов и оксидов алюминия с соляной кислотой

Al (OH)₃ представляет собой амфотерное основание, белый гелеобразный осадок, который плохо растворяется в воде.

Гидроксид алюминия вступает в реакцию нейтрализации соляной кислотой:

Al (OH) ₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Вы можете наблюдать растворение белого осадка гидроксида алюминия (хлорид алюминия AlCl₃ хорошо растворяется в воде). С оксидом алюминия реакция приводит к образованию соли и воды в соответствии со следующим уравнением:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Реакции солей, гидридов и комплексов алюминия с соляной кислотой

Соляная кислота также реагирует со многими другими соединениями алюминия.

С карбидом алюминия

Al₄C₃ + 12HCl = 4AlCl₃ + 3CH₄ ↑

С ацетатом алюминия

(CH₃COO) ₃Al + 3HCl = AlCl₃ + 3CH₃COOH

С нитридом алюминия

AlN + 4HCl = AlCl₃ + NH₄Cl (используется концентрированная кислота, реакция идет медленно)

С сульфидом алюминия

Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S ↑

С фосфидом алюминия

AlP + 3HCl = AlCl₃ + PH₃ ↑ (используется концентрированная кислота)

С фосфатом алюминия

AlPO₄ + 3HCl = AlCl₃ + H₃PO₄

С алюминатом натрия

NaAlO₂ + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + 2H₂O

Сульфаты и нитраты алюминия не вступают в реакцию с соляной кислотой, так как все соединения в смеси растворимы — не образуются осадки, не образуются трудно растворяемые вещества, не выделяется газ.

Как смеси металлов реагируют с соляной кислотой

Когда смесь нескольких металлов обрабатывают соляной кислотой, каждый металл вступает в реакцию отдельно. Например, если вы добавляете HCl в смесь алюминиевой и железной стружки, реакция пойдет следующим образом:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ ↑

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

Поскольку разбавленная соляная кислота является слабым окислителем, железо восстанавливается только до степени окисления +2.

Продукты реакции алюминия с соляной кислотой и их применение

Почти все реакции соляной кислоты и алюминия (или его соединений) приводят к образованию хлорида алюминия (AlCl₃). Соль хорошо растворяется в органических растворителях (нитробензол, дихлорэтан, ацетон) и воде. Гидролиз AlCl₃ можно наблюдать в водных растворах, поскольку эта соль образуется из сильной кислоты HCl и слабого основания Al (OH).

AlCl₃ используется в качестве катализатора в органическом синтезе. Его используют, например, при изомеризации парафинов, инициировании реакций алкилирования, ацилировании и разложении масла по фракциям. Гексагидрат хлорида алюминия AlCl₃・6H₂O используется для обработки древесных материалов, очистки сточных вод и производства антиперспирантов.

Реакцию алюминия с раствором соляной кислоты можно использовать в качестве лабораторного процесса для получения водорода (но для этих целей чаще используется металлический цинк).

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):