Сульфат меди какой продукт реакции с алюминием
| Сульфат меди(II) | |
|---|---|
| Систематическое наименование | Сульфат меди(II) |
| Традиционные названия | пентагидрат: “медный купорос” |
| Хим. формула | CuSO4 |
| Рац. формула | CuSO4 |
| Состояние | кристаллическое |
| Молярная масса | 159,609 (сульфат) 249.685 (пентагидрат) г/моль |
| Плотность | 3,64 г/см³ |
| Твёрдость | 2,5[1] |
| Температура | |
| • разложения | выше 650 °C |
| Константа диссоциации кислоты | 5⋅10−3 |
| Координационная геометрия | Октаэдрическая |
| Кристаллическая структура | безв. — ромбическая пентагидрат — триклинная пинакоидальная тригидрат — моноклинная |
| Рег. номер CAS | 7758-98-7 |
| PubChem | 24462 |
| Рег. номер EINECS | 231-847-6 |
| SMILES | [O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2] |
| InChI | InChI=1S/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L |
| Кодекс Алиментариус | E519 |
| RTECS | GL8800000 |
| ChEBI | 23414 |
| ChemSpider | 22870 |
| Предельная концентрация | в воздухе: мр 0,009, сс 0,004; в воде: 0,001 |
| ЛД50 | крысы, орально[2][3]: 300 мг/кг мыши, орально: 87 мг/кг |
| Токсичность | Умеренно токсичен, ирритант, опасен для окружающей среды |
| Пиктограммы ECB | |
| NFPA 704 | 2 1 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
| Медиафайлы на Викискладе | |
Сульфа́т ме́ди(II) (медь (II) серноки́слая, традиционное название кристаллогидрата — ме́дный купоро́с) — неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO4.
Нелетучее вещество, не имеет запаха. В безводном виде — белый порошок, очень гигроскопичное. В виде кристаллогидратов — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего. На воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Имеет горьковато-металлический вяжущий вкус.
Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется в виде голубого пентагидрат CuSO4·5H2O — медный купоро́с. Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысока, в то же время, он высокотоксичен для рыб.
Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.
Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла.
Нахождение в природе[править | править код]
В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSO4·5H2O), халькокианита (CuSO4), бонаттита (CuSO4·3H2O), бутита (CuSO4·7H2O) и в составе некоторых других минералов[4].
Получение[править | править код]
В промышленности[править | править код]
В промышленности загрязнённый сульфат меди(II) получают растворением меди и медных отходов в разбавленной серной кислоте H2SO4 при продувании раствора воздуха:
растворением оксида меди(II) CuO в H2SO4:
сульфатизирующим обжигом сульфидов меди и как побочный продукт электролитического рафинирования меди.
В лабораторных условиях[править | править код]
В лаборатории CuSO4 можно получить действием концентрированной серной кислоты на медь при нагревании:
температура не должна превышать 60 °С, при большей температуре в значительных количествах образуется побочный продукт — сульфид меди(I):
Также в лабораторных условиях сульфат меди (II) может быть получен реакцией нейтрализации гидроксида меди(II) серной кислотой, для получения сульфата меди высокой чистоты используют соответственно чистые реактивы:
Чистый сульфат меди может быть получен следующим образом. В фарфоровую чашку наливают 120 мл дистиллированной воды, прибавляют 46 мл химически чистой серной кислоты плотностью 1,8 г/см3 и помещают в смесь 40 г чистой меди (например, электролитической). Затем нагревают до 70—80 °С и при этой температуре в течение часа постепенно, порциями по 1 мл, прибавляют 11 мл конц. азотной кислоты. Если медь покроется кристаллами, прибавить 10—20 мл воды. Когда реакция закончится (прекратится выделение пузырьков газа), остатки меди вынимают, а раствор упаривают до появления на поверхности плёнки кристаллов и дают остыть. Выпавшие кристаллы следует 2—3 перекристаллизовать из дистиллированной воды и высушить[5].
Очистка[править | править код]
Очистить загрязнённый или технический сульфат меди можно перекристаллизацией — вещество растворяется в кипящей дистиллированной воде до насыщения раствора, после чего охлаждается до приблизительно +5 °С. Полученный осадок кристаллов отфильтровывается. Однако даже многократная перекристаллизация не позволяет избавиться от примеси соединений железа, которые являются наиболее распространённой примесью в сульфате меди.
Для полной очистки медный купорос кипятят с диоксидом свинца PbO2 или пероксидом бария BaO2, пока отфильтрованная проба раствора не покажет отсутствия железа. Затем раствор фильтруют и упаривают до появления на поверхности плёнки кристаллов, после чего охлаждают для кристаллизации[5].
По Н. Шоорлю очистить сульфат меди можно так: к горячему раствору CuSO4 прибавить небольшие количества пероксида водорода H2O2 и гидроксида натрия NaOH, прокипятить и отфильтровать осадок. Выпавшие из фильтрата кристаллы дважды подвергаются перекристаллизации. Полученное вещество имеет чистоту не ниже квалификации «ХЧ»[5].
Глубокая очистка[править | править код]
Существует более сложный способ очистки, позволяющий получить сульфат меди особой чистоты, с содержанием примесей около 2·10-4 %.
Для этого готовится водный, насыщенный при 20°С раствор сульфата меди (вода используются только бидистиллированная).
В него добавляют перекись водорода в количестве 2—3 мл 30 % раствора на 1 литр, перемешивают, вносят свежеосаждённый основной карбонат меди в количестве 3—5 грамм, нагревают и кипятят 10 минут для разложения H2O2.
Затем раствор охлаждают до 30—35 °С, фильтруют и приливают 15 мл 3-х процентного раствора диэтилдитиокарбамата натрия и выдерживают в мешалке три-четыре часа не понижая температуры. Далее раствор быстро процеживают от крупных хлопьев комплексов и вносят активированный уголь БАУ-А на полчаса при перемешивании. Затем раствор следует отфильтровать вакуумным методом.
Дальше в раствор CuSO4 приливают на 1 л около 200 мл насыщенного раствора NaCl квалификации «Ч» и вносят чистый алюминий в проволоке или обрезках до полного прохождения реакции, выделения меди и просветления раствора (при этом выделяется водород). Выделенную медь отделяют от алюминия взбалтыванием, осадок промывают декантацией сперва водой затем заливают горячим 5—10 % раствором соляной кислоты ХЧ при взбалтывании в течение часа и постоянным подогревом до 70—80 °С, затем промывают водой и заливают 10—15%-ной серной кислотой (ОСЧ 20-4) на час с подогревом при том же интервале температур. От степени и тщательности промывания кислотами, а также квалификации применяемых далее реактивов зависит чистота дальнейших продуктов.
После промывки кислотами медь снова моют водой и растворяют в 15—20%-ной серной кислоте (ОСЧ 20-4) без её большого избытка с добавлением перекиси водорода (ОСЧ 15-3). После прохождения реакции полученный кислый раствор сульфата меди кипятят для разложения избытка перекиси и нейтрализуют до полного растворения вначале выпавшего осадка перегнанным 25%-ным раствором аммиака (ОСЧ 25-5) или приливают раствор карбоната аммония, очищенного комплексно-адсорбционным методом до особо чистого.
После выстаивания в течение суток раствор медленно фильтруют. В фильтрат добавляют серную кислоту (ОСЧ) до полного выпадения голубовато-зелёного осадка и выдерживают до укрупнения и перехода в зелёный основной сульфат меди. Зелёный осадок выстаивают до компактности и тщательно промывают водой до полного удаления растворимых примесей. Затем осадок растворяют в серной кислоте, фильтруют, устанавливают рН=2,5—3,0 и перекристаллизовывают два раза при быстром охлаждении, причем при охлаждении раствор каждый раз перемешивают для получения более мелких кристаллов сульфата меди. Выпавшие кристаллы переносят на воронку Бюхнера и удаляют остатки маточного раствора с помощью водоструйного насоса. Третья кристаллизация проводится без подкисления раствора с получением чуть более крупных и оформленных кристаллов[6].
Физические свойства[править | править код]
| Температура, °С | Растворимость | ||
|---|---|---|---|
| % | % | в г на 100 г воды | |
| 0 | 12,9 | 20,2 | 23,3 |
| 15 | 16,2 | 25,3 | 30,2 |
| 25 | 18,7 | 29,2 | 34,9 |
| 30 | 20,3 | 31,6 | 39,9 |
| 40 | 22,8 | 35,5 | 46,2 |
| 50 | 25,1 | 39,2 | 52,6 |
| 60 | 28,1 | 43,8 | 61,1 |
| 70 | 31,4 | 49,0 | 71,6 |
| 80 | 34,9 | 54,4 | 83,8 |
| 90 | 38,9 | 60,0 | 98,2 |
| 100 | 42,4 | 66,0 | 115,0 |
Пентагидрат сульфата меди(II) (медный купорос) — синие прозрачные кристаллы триклинной сингонии. Плотность 2,284 г/см3. При температуре 110 °С отщепляется 4 молекулы воды, при 150 °С происходит полное обезвоживание[8].
Растворимость в воде[править | править код]
Растворимость сульфата меди(II) в воде при разных температурах приведена в таблице.
Строение кристаллогидрата[править | править код]
Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO42− по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.
Термическое воздействие[править | править код]
При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO4·3H2O (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в том числе при 20—25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSO4·H2O, и выше 258 °C образуется безводная соль.
Выше 650 °C становится интенсивным пиролиз безводного сульфата по реакции:
Химические свойства[править | править код]
Электролитическая диссоциация[править | править код]
Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, (степень гидролиза в 0,01 М растворе при 15 °C составляет 0,05 %) и даёт кислую среду (pH указанного раствора 4,2). Константа диссоциации составляет 5⋅10−3.
CuSO4 — хорошо растворимая в воде соль и сильный электролит, в растворах сульфат меди(II) диссоциирует в одну стадию:
Реакция замещения[править | править код]
Реакция замещения возможна в водных растворах сульфата меди с использованием металлов активнее чем медь, стоящих левее меди в электрохимическом ряду напряжения металлов:
Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)[править | править код]
Сульфат меди(II) реагирует с щелочами с образованием осадка гидроксида меди(II) голубого цвета[9]:
Сокращённое ионное уравнение (Правило Бертолле)[править | править код]
Реакция обмена с другими солями[править | править код]
Сульфат меди вступает также в обменные реакции по ионам Cu2+ и SO42-:
Прочее[править | править код]
С сульфатами щелочных металлов и аммония образует комплексные соли, например: Na2[Cu(SO4)2]·6H2O.
Ион Cu2+ окрашивает пламя в зелёный цвет.
Производство и применение[править | править код]
Кристаллы пентагидрата сульфата меди(II) CuSO4 · 5H2O, выращенные в домашних условиях: друза…
Сульфат меди(II) — одна из важнейших солей меди. Часто служит исходным сырьём для получения других соединений меди.
Безводный сульфат меди — хороший влагопоглотитель и может быть использован для обезвоживания (абсолютирования) этанола, осушения газов (в том числе воздуха) и как индикатор влажности.
Лёгкость выращивания кристаллов пентагидрата сульфата меди и их резкое различие с безводной формой используются в школьном образовании.
В машиностроении используется для окраски металлических деталей перед их ручной разметкой.
В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей, а также как антисептическое и фунгицидное средство для предотвращения гниения древесины.
В сельском хозяйстве медный купорос применяется как антисептик, фунгицид и медно-серное удобрение. Для обеззараживания ран деревьев используется 1 %-ный раствор (100 г на 10 л), который втирается в предварительно зачищенные повреждённые участки. Против фитофтороза томатов и картофеля производятся опрыскивания посадок 0,2 % раствором (20 г на 10 л) при первых признаках заболевания, а также для профилактики при угрозе возникновения болезни (например, в сырую влажную погоду). Раствором сульфата меди поливается почва для обеззараживания и восполнения недостатка серы и меди (5 г на 10 л). Однако чаще медный купорос применяется в составе бордо́ской жидкости — основного сульфата меди CuSO4·3Cu(OH)2 против грибковых заболеваний и виноградной филлоксеры. Для этих целей сульфат меди(II) имеется в розничной торговле.
Для борьбы с цветением воды в водохранилищах также используется химическая обработка медным купоросом[10].
Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как один из компонентов электролитических ванн для меднения и т. п. и в составе прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.
В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519. Используется как фиксатор окраски и консервант.
В быту применяют для выведения пятен ржавчины на потолке после затоплений.
В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении этих металлов появляются красные пятна.
Безопасность[править | править код]
Вещество малотоксично. ПДК 500 мг/л[11][12]. Смертельная доза медного купороса составляет от 45 до 125 граммов для взрослого человека перорально (при проглатывании), в зависимости от массы, состояния здоровья, иммунитета к избытку меди и от других факторов. Признаки отравления становится заметным при разовом потреблении более 0,5 г соединения внутрь (т. н. токсическая доза). LD50 для крыс 300 мг/кг[2]. Картина отравления при вдыхании аэрозолей медного купороса более сложна.
Правила обращения с веществом[править | править код]
Попадание на кожу сухого вещества считается безопасным, но его необходимо смыть. Аналогично при попадании растворов и увлажнённого твердого вещества. При попадании в глаза необходимо обильно промыть их проточной водой (слабой струёй). При попадании в желудочно-кишечный тракт твердого вещества или концентрированных растворов необходимо промыть желудок пострадавшего 0,1 % раствором марганцовки, дать выпить пострадавшему солевое слабительное — сульфат магния 1—2 ложки, вызвать рвоту, дать мочегонное. Кроме того, попадание в рот и желудок безводного вещества может вызвать термические ожоги.
Слабые растворы сульфата меди при приёме внутрь действуют как сильное рвотное средство и иногда применяются для провоцирования рвоты.
При работе с порошками и пылью сульфата меди, следует соблюдать осторожность и не допускать их пыления, необходимо использовать маску или респиратор, а после работы вымыть лицо. Острая токсическая доза при вдыхании аэрозоля — 11 мг/кг[13]. При попадании сульфата меди через дыхательные пути в виде аэрозоля нужно вывести пострадавшего на свежий воздух, прополоскать рот водой и промыть крылья носа.
Хранить вещество следует в сухом прохладном месте, в плотно закрытой жёсткой пластиковой или стеклянной упаковке, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте.
Гигиенические нормативы[править | править код]
ПДК в рабочей зоне — 1 мг/л (1г/м³) (по ионам двухвалентной меди).
Примечания[править | править код]
- ↑ Медный купорос. kristallov.net. Дата обращения 26 апреля 2017.
- ↑ 1 2
Ершов Ю. А., Плетнева Т. В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. — М.: Медицина, 1989. — С. 142. - ↑ Cupric sulfate. US National Institutes of Health
- ↑ Меди сульфат // Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц, Н. С. Зефиров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 3. — ISBN 5-85270-008-8.
- ↑ 1 2 3 Карякин Ю. В. Чистые химические реактивы. Руководство по лабораторному приготовлению неорганических препаратов. — 2-е изд. — М.—Л.: ГХИ, 1947. — С. 343. — 577 с.
- ↑ Полянский Н. А., Кожевник С. Н. Очистка соединений меди от примесей. Приготовление сульфата меди высокой чистоты // Сборник лабораторных работ. — Норильск, 1998.
- ↑ Вассерман И. М. Производство минеральных солей (рус.). — Издание 2-е изд., перераб. и доп.. — Ленинград: Госхимиздат. Ленингр. отд-ние, 1962. — 439 с.: ил. с.
- ↑ Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.—М.: Химия, 1963. — Т. 2. — С. 124—125, 265. — 1168 с. — 20 000 экз.
- ↑ Получение нерастворимых оснований. Единая коллекция ЦОР. Дата обращения 26 апреля 2017.
- ↑ Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. — Колос. — М., 1984.
- ↑ name=https://docs.cntd.ru_ГОСТ 19347-2014 Купорос медный. Технические условия (Издание с поправкой)
- ↑ name=https://www.safework.ru
- ↑ Copper Sulfate (англ.). Pesticide Management Education Program (PMEP). Cornell University (December 1993). Дата обращения 26 апреля 2017.
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 н