Какие ионы содержатся в растворах нитрата алюминия

Нитра́т алюми́ния, азотнокислый алюминий — Al(NO3)3, неорганическое соединение, алюминиевая соль азотной кислоты.

Помимо собственно безводного нитрата, у алюминия существуют и основные нитраты: AlOH(NO3)2 и Al(OH)2NO3, а также ряд гидратированных солей Al(NO3)3•xH2O (х = 4, 6, 8, 9), среди которых наиболее стабилен нонагидрат: Al(NO3)3•9H2O.

Физические свойства[править | править код]

Безводный нитрат алюминия представляет собой белое или бесцветное кристаллическое, чрезвычайно гигроскопичное вещество, дымящее на воздухе[2][6]. Хорошо растворим в холодной воде (63,7 % при 25 °C) и полярных органических растворителях[6]. Температура плавления 66 °C (с разложением), в вакууме возгоняется при 50 °C[2].

Нонагидрат Al(NO3)3•9H2O — белые кристаллы, расплывающееся на воздухе, с моноклинной структурой (a=1,086 нм, b=0,959 нм, c=1,383 нм, β=95,15°, z=4, пространственная группа P21/a). При нагревании чуть выше температуры плавления (73,6 °C) теряет сперва одну, а затем ещё две молекулы воды[2].

Плотность водного раствора нитрата алюминия при 18 °C[7]:

Химические свойства[править | править код]

• При растворении в воде подвергается гидролизу[8]:

Водные растворы нитрата алюминия имеют pH от 2,5 до 3,7[9].
При нагревании гидролиз можно провести полностью[8]:

• Вступает в реакцию со щелочами:

Реакция с концентрированным водным раствором аммиака может идти по двум направлениям[8].
На холоде:

При нагревании:

• При нагревании разлагается [8]:

Нонагидрат при сильном нагревании (135 °C) сперва образует основную соль Al(OH)2NO3•1,5H2O, а при более высокой температуре (200 °C) разлагается до аморфного оксида алюминия[10].

• Нитрат алюминия является сильным окислителем — его безводная форма со взрывом реагирует со многими органическими растворителями (например: с диэтиловым эфиром и бензолом).

Получение[править | править код]

Лабораторные методы[править | править код]

В лаборатории водный раствор нитрата алюминия получают растворением алюминия в разбавленной азотной кислоте:

Альтернативный метод заключается во взаимодействии гидроксида алюминия с азотной кислотой:

Наконец, искомую соль можно получить обменной реакцией сульфата алюминия с нитратом бария или свинца:

Из водного раствора посредством кристаллизации выделяют нонагидрат нитрата алюминия. Кристаллогидраты с меньшим количеством воды получают из водных растворов азотной кислоты[10].

Безводный нитрат алюминия можно получить реакцией кристаллогидрата с избытком оксидом азота (V) (реакция (1)) или безводного хлорида алюминия с нитратом хлора (реакция (2))[10][11]:

Промышленное производство[править | править код]

В промышленности безводный нитрат алюминия получают взаимодействием оксида или гидроксида алюминия с оксидом азота (V)[8]:

В случае использования бромида алюминия в качестве исходного сырья для синтеза, реакция идёт в две стадии:

Применение[править | править код]

Соединение используется в текстильной промышленности как протрава при крашении тканей, для дубления кожи, в производстве нитей накаливания, в качестве катализатора при очистке нефти, антикоррозионного агента; в производстве изоляционных бумаг, нагревательных элементах, антиперспирантов; в ядерной физике[12].

Опасность[править | править код]

ЛД50 (крысы, перорально) = 4,28 г/кг[13].

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

1. Downs A.J. Chemistry of aluminium, gallium, indium, and thallium. — First edition. — London: Chapman & Hall, 1993. — 526 p. — ISBN 0-7514-0103-X.

Ссылки[править | править код]

• Синтез нитрата алюминия на сайте Youtube. (англ.)

ГДЗ Химия 8 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §28 ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ

Упражнение 1. Что называют электролитической диссоциацией? Процесс распада вещества на ионы при растворении в воде или плавлении, называют электролитической диссоциацией.
На какие группы делятся вещества по способности к диссоциации? На электролиты и неэлектролиты.

Упражнение 2. Что называют степенью электролитической диссоциации? Степенью электролитической диссоциации α (читается «альфа») называют отношение количества вещества электролита, распавшегося на ионы (nд), к общему количеству растворённого вещества (nр):
α=nд/nр.
Степень диссоциации зависит от природы электролита и от разбавления раствора.
На какие группы делятся вещества по степени электролитической диссоциации? На сильные и слабые электролиты. У сильных электролитов (они диссоциируют необратимо) α->1, у слабых электролитов (они диссоциируют обратимо) α->0.

ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ

Упражнение 1. Почему кристаллический хлорид натрия не проводит электрический ток, а его раствор электропроводен? Ионы, содержащиеся в кристаллическом (твердом) веществе, расположенные в узлах кристаллической решетки, соединенные друг с другом и перемещаться не могут, поэтому твердые электролиты электрический ток не проводят. Натрий хлорид при растворении в воде распадается на ионы (положительно и отрицательно заряжены), что способны свободно передвигаться, и являются носителями зарядов. Под воздействием электрического поля движение ионов становится направленным (возникает электрический ток).
Объясните механизм диссоциации соли. Если кристалл соли поместить в воду, то вокруг положительных и отрицательных ионов кристаллической решётки электролита диполи воды сориентируются противоположно заряженными концами. Между ионами кристалла соли и молекулами воды возникнет притяжение, связь между ионами ослабевает, и происходит переход ионов из кристалла в раствор. Перешедшие в раствор ионы остаются связанными с присоединившимися к ним молекулами воды, которые образуют гидратную оболочку иона, то есть в растворе содержатся гидратированные ионы соли.

Упражнение 2. Можно ли говорить о процессе ассоциации в растворах электролитов с ионной связью? Нет. Почему? Сильные электролиты в растворе полностью распадаются на ионы, т. е. диссоциируют необратимо.

Упражнение 3. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих веществ: хлорида железа (III), сероводородной кислоты, сульфата железа (II), фосфата натрия, гидроксида бария, азотистой кислоты, азотной кислоты.
FeCl3 = Fe3+ + 3Cl-
H2S ⇄ 2H+ + S2-
FeSO4 = Fe2+ + SO42-
Na3PO4 = 3Na+ + PO43-
Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH-
HNO2 ⇄ H+ + NO2-
HNO3 = H+ + NO3-
Почему в одних уравнениях вы записываете знак равенства, а в других — знак обратимости? Среди предложенных веществ есть как сильные, так и слабые электролиты. 

Упражнение 4. Чему равна сумма коэффициентов перед формулами ионов в уравнениях электролитической диссоциации:
а) нитрата лития; Два
LiNO3 = Li+ + NO3-         1+1=2
б) хлорида бария; Три
BaCl2 = Ba2+ + 2Cl-       1+2=3
в) нитрита кальция; Три
Ca(NO2)2 = Ca2+ + 2NO2-   1+2=3
г) сульфата цинка? Два
ZnSO4 = Zn2+ + SO42-    1+1=2

Упражнение 5. В растворах каких соединений загорится лампочка при испытании их на электропроводность:
а) сероводород; Загорится
б) азотистая кислота; Загорится
в) гидроксид бария; Загорится
г) гидрат аммиака;
д) серная кислота; Загорится
е) сульфат магния? Загорится
Где она будет гореть ярко, а где — слабо? Ярко: в), д), е), а слабо: а), б).
Как можно увеличить интенсивность горения лампочки? Разбавить раствор.

При разбавлении раствора степень электролитической диссоциации увеличивается, так как при неизменном количестве растворённого вещества увеличивается число диполей воды, которые в разбавленном растворе могут провзаимодействовать с большим количеством молекул вещества, образуя ионы.

Упражнение 6. Найдите количество вещества каждого из ионов, содержащихся в 342 г 5%-ного раствора сульфата алюминия.
Дано: ω(Al2(SO4)3)=5%, или 0,05, m(р-ра)=342 г
Найти: ʋ(Al3+)-?, ʋ(SO42-)-?
Решение:
1. Рассчитаем массу растворённого сульфата алюминия в растворе:
m(Al2(SO4)3)=ω(Al2(SO4)3)•m(р-ра)=0,05•342 г=17,1 г
2. Количество вещества заданной массы рассчитываем по формуле: ʋ=m/M, где M=Mr г/моль.
Mr(Al2(SO4)3)= 2•Ar(Al)+3•Ar(S)+12•Ar(O)=2•27+3•32+12•16=342, M(Al2(SO4)3)=342 г/моль
ʋ(Al2(SO4)3)=m(Al2(SO4)3)/M(Al2(SO4)3)=17,1 г : 342 г/моль=0,05 моль
Уравнение диссоциации сульфата алюминия:
Al2(SO4)3 = 2Al3++3SO42-
В 1 моль сульфата алюминия Al2(SO4)3 содержится 2 моль ионов алюминия Al3+ и 3 моль анионов кислотного остатка SO42-, а в 0,05 моль сульфата алюминия содержится:
ʋ(Al3+)=2•ʋ(Al2(SO4)3)=2•0,05 моль=0,1 моль
ʋ(SO42-)=3•ʋ(Al2(SO4)3)=3•0,05 моль=0,15 моль
В 1 моль сульфата алюминия Al2(SO4)3 содержится 3 моль ионов серы S6+ и 12 моль ионов кислорода O2-, а в 0,05 моль сульфата алюминия содержится:
ʋ(S6+)=3•ʋ(Al2(SO4)3)=3•0,05 моль=0,15 моль
ʋ(O2-)=12•ʋ(Al2(SO4)3)=12•0,05 моль=0,6 моль
Ответ: ʋ(Al3+)=0,1 моль, ʋ(S6+)=0,15 моль, ʋ(O2-)=0,6 моль, ʋ(SO42-)=0,15 моль