Какой продукт образуется при окислении алюминия
Алюминий — амфотерный металл. Электронная конфигурация атома алюминия 1s22s22p63s23p1. Таким образом, на внешнем электронном слое у него находятся три валентных электрона: 2 — на 3s- и 1 — на 3p-подуровне. В связи с таким строением для него характерны реакции, в результате которых атом алюминия теряет три электрона с внешнего уровня и приобретает степень окисления +3. Алюминий является высокоактивным металлом и проявляет очень сильные восстановительные свойства.
Взаимодействие алюминия с простыми веществами
с кислородом
При контакте абсолютно чистого алюминия с воздухом атомы алюминия, находящиеся в поверхностном слое, мгновенно взаимодействуют с кислородом воздуха и образуют тончайшую, толщиной в несколько десятков атомарных слоев, прочную оксидную пленку состава Al2O3, которая защищает алюминий от дальнейшего окисления. Невозможно и окисление крупных образцов алюминия даже при очень высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия довольно легко сгорает в пламени горелки:
4Аl + 3О2 = 2Аl2О3
с галогенами
Алюминий очень энергично реагирует со всеми галогенами. Так, реакция между перемешанными порошками алюминия и йода протекает уже при комнатной температуре после добавления капли воды в качестве катализатора. Уравнение взаимодействия йода с алюминием:
2Al + 3I2 =2AlI3
С бромом, представляющим собой тёмно-бурую жидкость, алюминий также реагирует без нагревания. Образец алюминия достаточно просто внести в жидкий бром: тут же начинается бурная реакция с выделением большого количества тепла и света:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
Реакция между алюминием и хлором протекает при внесении нагретой алюминиевой фольги или мелкодисперсного порошка алюминия в заполненную хлором колбу. Алюминий эффектно сгорает в хлоре в соответствии с уравнением:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
с серой
При нагревании до 150-200 оС или после поджигания смеси порошкообразных алюминия и серы между ними начинается интенсивная экзотермическая реакция с выделением света:
— сульфид алюминия
с азотом
При взаимодействии алюминия с азотом при температуре около 800 oC образуется нитрид алюминия:
с углеродом
При температуре около 2000oC алюминий взаимодействует с углеродом и образует карбид (метанид) алюминия, содержащий углерод в степени окисления -4, как в метане.
Взаимодействие алюминия со сложными веществами
с водой
Как уже было сказано выше, стойкая и прочная оксидная пленка из Al2O3 не дает алюминию окисляться на воздухе. Эта же защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки с поверхности такими методами, как обработка водными растворами щелочи, хлорида аммония или солей ртути (амальгирование), алюминий начинает энергично реагировать с водой с образованием гидроксида алюминия и газообразного водорода:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
с оксидами металлов
После поджигания смеси алюминия с оксидами менее активных металлов (правее алюминия в ряду активности) начинается крайне бурная сильно-экзотермическая реакция. Так, в случае взаимодействия алюминия с оксидом железа (III) развивается температура 2500-3000оС. В результате этой реакции образуется высокочистое расплавленное железо:
2AI + Fe2O3 = 2Fe + Аl2О3
Данный метод получения металлов из их оксидов путем восстановления алюминием называется алюмотермией или алюминотермией.
с кислотами-неокислителями
Взаимодействие алюминия с кислотами-неокислителями, т.е. практически всеми кислотами, кроме концентрированной серной и азотной кислот, приводит к образованию соли алюминия соответствующей кислоты и газообразного водорода:
а) 2Аl + 3Н2SO4(разб.) = Аl2(SO4)3 + 3H2↑
2Аl0 + 6Н+ = 2Аl3+ + 3H20;
б) 2AI + 6HCl = 2AICl3 + 3H2↑
с кислотами-окислителями
-концентрированной серной кислотой
Взаимодействие алюминия с концентрированной серной кислотой в обычных условиях, а также низких температурах не происходит вследствие эффекта, называемого пассивацией. При нагревании реакция возможна и приводит к образованию сульфата алюминия, воды и сероводорода, который образуется в результате восстановления серы, входящей в состав серной кислоты:
Такое глубокое восстановление серы со степени окисления +6 (в H2SO4) до степени окисления -2 (в H2S) происходит благодаря очень высокой восстановительной способности алюминия.
— концентрированной азотной кислотой
Концентрированная азотная кислота в обычных условиях также пассивирует алюминий, что делает возможным ее хранение в алюминиевых емкостях. Так же, как и в случае с концентрированной серной, взаимодействие алюминия с концентрированной азотной кислотой становится возможным при сильном нагревании, при этом преимущественно параллельно протекают реакции:
— разбавленной азотной кислотой
Взаимодействие алюминия с разбавленной по сравнению с концентрированной азотной кислотой приводит к продуктам более глубокого восстановления азота. Вместо NO в зависимости от степени разбавления могут образовываться N2O и NH4NO3:
8Al + 30HNO3(разб.) = 8Al(NO3)3 +3N2O↑ + 15H2O
8Al + 30HNO3(оч. разб) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
со щелочами
Алюминий реагирует как с водными растворами щелочей:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
так и с чистыми щелочами при сплавлении:
В обоих случаях реакция начинается с растворения защитной пленки оксида алюминия:
Аl2О3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4]
Аl2О3 + 2NaOH = 2NaAlO2 + Н2О
В случае водного раствора алюминий, очищенный от защитной оксидной пленки, начинает реагировать с водой по уравнению:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
Образующийся гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием растворимого тетрагидроксоалюмината натрия:
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]
Источник
Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.
Для реакции Al3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.
Температура плавления алюминия – 660 °C.
Плотность алюминия – 2,6989 г/см3 (при нормальных условиях).
Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.
Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!
Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.
Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.
При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:
2Al + N2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;
4Al + 3С → Al4С3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;
2Al + 3S → Al2S3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.
Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)
Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо Al2O3•H2O.
Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:
4Al + 3O2 → 2Al2O3.
Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.
Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.
Коррозия алюминия в воде
Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.
Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑.
При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.
Коррозия алюминия в кислотах
С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.
Коррозия алюминия в серной кислоте
Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:
2Al + 3H2SO4(разб) → Al2(SO4)3 + 3H2↑.
Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:
2Al + 6H2SO4(конц) → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.
При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.
Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO3Cl) и олеума.
Коррозия алюминия в соляной кислоте
В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑.
Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.
Коррозия алюминия в азотной кислоте
Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза
При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:
Al + 6HNO3(конц) → Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O.
Коррозия алюминия в уксусной кислоте
Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).
В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.
Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.
Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.
На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.
Коррозия алюминия в щелочах
Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2(NaOH•H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2↑.
Образуются алюминаты.
Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.
Источник
Полный курс химии вы можете найти на моем сайте CHEMEGE.RU. Чтобы получать актуальные материалы и новости ЕГЭ по химии, вступайте в мою группу в ВКонтакте или на Facebook. Если вы хотите подготовиться к ЕГЭ по химии на высокие баллы, приглашаю на онлайн-курс “40 шагов к 100 баллам на ЕГЭ по химии“.
1.Положение алюминия в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение алюминия
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с щелочами
7.2.6. Взаимодействие с окислителями
Алюминий
Положение в периодической системе химических элементов
Алюминий расположены 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:
Создать карусель Добавьте описание
Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии:
Создать карусель Добавьте описание
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.
Создать карусель Пластичность 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:
Бокситы Al₂O₃ · H₂O (с примесями SiO₂, Fe₂O₃, CaCO₃) – гидрат оксида алюминия
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 960-970⁰С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:
Al₂O₃ → Al³⁺ + AlO₃³⁻
На катоде происходит восстановление ионов алюминия:
Катод: Al³⁺ +3e → Al⁰
На аноде происходит окисление алюминат-ионов:
Анод: 4AlO³⁻– 12e → 2Al₂O₃ + 3O₂
Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:
2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂
Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:
AlCl₃ + 3K → 3Al + 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 осадок гидроксида алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината натрия:
Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄]
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 выпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.
AlCl₃ + 3NH₃ · H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3 NH₄Cl
Al³⁺ + 3NH₃ · H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄⁺
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.
Химические свойства
- Алюминий – сильный восстановитель. Поэтому он реагирует со многими неметаллами.
1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:
2Al + 3I₂ → 2AlI₃
В редакторе видеозапись не воспроизводится0:09Добавьте описание
1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:
2Al + 3S → Al₂S₃
1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения – фосфиды:
Al + P → AlP
Алюминий не реагирует с водородом.
1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000⁰С с образованием нитрида:
2Al + N₂ → 2AlN
1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:
4Al + 3C → Al₄C₃
1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃
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 + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂О
Алюминий реагирует с водой
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) со взрывом. При этом образуются соль и водород.
Например, алюминий бурно реагирует с соляной кислотой:
2Al + 6HCl = 2AlCl₃+ 3H₂↑
Алюминий с соляной кислотой
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:
2Al + 6H₂SO₄(конц.) → Al₂(SO₄)₃+ 3SO₂+ 6H₂O
2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.
С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:
10Na + 12HNO₃(разб) → N₂+10NaNO₃+ 6H₂O
При взаимодействии алюминия с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:
8Al + 14HNO₃(оч.разб.) → 8NaNO₃+ 3NH₄NO₃+ 7H₂O
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↑
Создать карусель Алюминий с гидроксидом натрия
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:
2Al + 6NaOH → NaAlO₂+ 3H₂↑ + Na₂O
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
Алюминий с оксидом меди
Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):
8Al + 3Fe₃O₄→ 4Al₂O₃+ 9Fe
Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):
2Al + 3Na₂O₂ → 2NaAlO₂ + 2Na₂O
8Al + 3KNO₃ + 5KOH + 18H₂O → 8K[Al(OH)₄] + 3NH₃
10Al + 6KMnO₄+ 24H₂SO₄→ 5Al₂(SO₄)₃ + 6MnSO₄ + 3K₂SO₄+ 24H₂O
2Al + NaNO₂ + NaOH + 5H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + NH₃
Al + 3KMnO₄+ 4KOH → 3K₂MnO₄+ K[Al(OH)₄]
4Al + K₂Cr₂O₇→ 2Cr + 2KAlO₂ + Al₂O₃
Оксид алюминия
Способы получения
Оксид алюминия можно получить различными методами:
- Горением алюминия на воздухе:
4Al + 3O₂ → 2Al₂O
2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃+ 3H₂O
3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:
4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂
Химические свойства
Оксид алюминия – типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.
- При взаимодействии оксида алюминия с основными оксидами образуются соли-алюминаты.
Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом натрия:
Na₂O + Al₂O₃→ 2NaAlO₂
2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли–алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид алюминия проявляет кислотные свойства.
Например, оксид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием алюмината натрия и воды:
2NaOH + Al₂O₃→ 2NaAlO₂+ H₂O
Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
Al₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O → 2Na[Al(OH)₄]
3. Оксид алюминия не взаимодействует с водой.
4. Оксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами (сильных кислот). При этом образуются соли алюминия. При этом оксид алюминия проявляет основные свойства.
Например, оксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
Al₂O₃+ 3SO₃→ Al₂(SO₄)₃
5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.
Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой:
Al₂O₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O
6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства.
Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминия, водорода и оксида кальция:
Al₂O₃ + 3CaH₂ → 3CaO + 2Al + 3H₂
Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):
2Al₂O₃ → 4Al + 3O₂
7. Оксид алюминия – твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Например, из карбоната натрия:
Al₂O₃ + Na₂CO₃ → 2NaAlO₂ + CO₂
Гидроксид алюминия
Способы получения
- Гидроксид алюминия можно получить действием раствора аммиака на соли алюминия.
Например, хлорид алюминия реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида алюминия и хлорида аммония:
AlCl₃+ 3NH₃ + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3NH₄Cl
2. Пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:
2Na[Al(OH)₄] + СО₂= 2Al(OH)₃ + NaНCO₃ + H₂O
Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)₄] на составные части: NaOH и Al(OH)₃. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Al(OH)₃ не реагирует с СО₂, то мы записываем справа Al(OH)₃ без изменения.
3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.
Например, хлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:
AlCl₃ + 3KOH(недост) = Al(OH)₃↓+ 3KCl
4. Также гидроксид алюминия образуется при взаимодействии растворимых солей алюминия с растворимыми карбонатами, сульфитами и сульфидами. Сульфиды, карбонаты и сульфиты алюминия необратимо гидролизуются в водном растворе.
Например: бромид алюминия реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия, выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:
2AlBr₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Al(OH)₃↓ + CO₂↑ + 6NaBr
Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:
2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂S↑ + 6NaCl
Химические свойства
- Гидроксид алюминия реагирует с растворимыми кислотами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов и типа соли.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата алюминия:
Al(OH)₃ + 3HNO₃→ Al(NO₃)₃ + 3H₂O
Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O
2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O
Al(OH)₃ + 3HBr → AlBr₃ + 3H₂O
2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:
2Al(OH)₃ + 3SO₃→ Al₂(SO₄)₃ + 3H₂O
3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли–алюминаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид алюминия проявляет кислотные свойства.
Например, гидроксид алюминия взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием алюмината калия и воды:
2KOH + Al(OH)₃ → 2KAlO₂ + 2H₂O
Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:
Al(OH)₃ + KOH → K[Al(OH)₄]
4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:
2Al(OH)₃ → Al₂O₃+ 3H₂O
Видеоопыт взаимодействия гидроксида алюминия с соляной кислотой и щелочами (амфотерные свойства гидроксида алюминия) можно посмотреть здесь.
Соли алюминия
Нитрат и сульфат алюминия
Нитрат алюминия при нагревании разлагается на оксид алюминия, оксид азота (IV) и кислород:
4Al(NO₃)₃ → 2Al₂O₃ + 12NO₂+ 3O₂
Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично – на оксид алюминия, сернистый газ и кислород:
2Al₂(SO₄)₃ → 2Al₂O₃ + 6SO₂ + 3O₂
Комплексные соли алюминия
Для описания свойств комплексных солей алюминия – гидроксоалюминатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоалюминат на две отдельные молекулы – гидроксид алюминия и гидроксид щелочного металла.
Например, тетрагидроксоалюминат натрия разбиваем на гидроксид алюминия и гидроксид натрия:
Na[Al(OH)₄] разбиваем на NaOH и Al(OH)₃
Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.
Таким образом, гидроксокомплексы алюминия реагируют с кислотными оксидами.
Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка углекислого газа. При этом с СО₂ реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО₂), а амфотерный гидроксид алюминия не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:
Na[Al(OH)₄] + CO₂→ Al(OH)₃↓ + NaHCO₃
Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:
K[Al(OH)₄] + CO₂→ Al(OH)₃ + KHCO₃
По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO₂:
Na[Al(OH)₄] + SO₂ → Al(OH)₃↓ + NaHSO₃
K[Al(OH)₄] + SO₂ → Al(OH)₃ + KHSO₃
А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид алюминия реагирует с сильными кислотами.
Например, с соляной кислотой:
Na[Al(OH)₄ ] + 4HCl(избыток) → NaCl + AlCl₃ + 4H₂O
Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:
Na[Al(OH)₄] + НCl(недостаток) → Al(OH)₃↓ + NaCl + H₂O
Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:
Na[Al(OH)₄] + HNO₃(недостаток) → Al(OH)₃↓ + NaNO₃+ H₂O
Комплекс разрушается при взаимодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl₂:
2Na[Al(OH)₄] + Cl₂ → 2Al(OH)₃↓ + NaCl + NaClO
При этом хлор диспропорционирует.
Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:
AlCl₃+ 3Na[Al(OH)₄] → 4Al(OH)₃↓ + 3NaCl
Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:
Na[Al(OH)₄] → NaAlO₂ + 2H₂O↑
K[Al(OH)₄] → KAlO₂ + 2H₂O
Гидролиз солей алюминия
Растворимые соли алюминия и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
I ступень: Al³⁺+ H₂O = AlOH²⁺ + H⁺
II ступень: AlOH²⁺ + H₂O = Al(OH)²⁺ + H⁺
III ступень: Al(OH)²⁺ + H₂O = Al(OH)₃ + H⁺
Однако сульфиды, сульфиты, карбонаты алюминия и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
Al₂(SO₄)₃ + 6NaHSO₃→ 2Al(OH)₃ + 6SO₂ + 3Na₂SO₄
2AlBr₃ + 3Na₂CO₃+ 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + CO₂↑ + 6NaBr
2Al(NO₃)₃ + 3Na₂CO₃+ 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 6NaNO₃+ 3CO₂↑
2AlCl₃ + 3Na₂CO₃+ 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 6NaCl + 3CO₂↑
Al₂(SO₄)₃ + 3K₂CO₃+ 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑ + 3K₂SO₄
2AlCl₃ + 3Na₂S + 6H₂O → 2Al(OH)₃+ 3H₂S↑ + 6NaCl
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Алюминаты
Соли, в которых алюминий является кислотным остатком (алюминаты) – образуются из оксида алюминия при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
Al₂O₃ + Na₂O → 2NaAlO₂
Для понимания свойств алюминатов их также очень удобно разбить на два отдельных вещества.
Например, алюминат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид алюминия и оксид натрия.
NaAlO₂ разбиваем на Na₂O и Al₂O₃
Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:
KAlO₂ + 4HCl → KCl + AlCl₃ + 2H₂O
NaAlO₂ + 4HCl → AlCl₃ + NaCl + 2H₂O
NaAlO₂ + 4HNO₃ → Al(NO₃)₃ + NaNO₃ + 2H₂O
2NaAlO₂ + 4H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 4H₂O
Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:
KAlO₂ + H₂O = K[Al(OH)₄]
NaAlO₂ + 2H₂O = Na[Al(OH)₄]
Бинарные соединения
Сульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата:
Al₂S₃ + 8HNO₃ → Al₂(SO₄)₃ + 8NO₂ + 4H₂O
либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):
Al₂S₃ + 3HNO₃(конц. гор.) → 2Al(NO₃)₃ + 2NO₂ + 3H₂SO₄ + 12H₂O
Сульфид алюминия разлагается водой:
Al₂S₃ + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂S↑
Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:
Al₄C₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄
Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:
AlN + 4HCl → AlCl₃ + NH₄Cl
Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:
AlN + 3H₂O → Al(OH)₃↓ + NH₃
Источник