Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия thumbnail

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 AlO· H(с примесями SiO, FeO, CaCO– гидрат оксида алюминия

Корунд AlOКрасный 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:

AlO→ Al³⁺ + AlO₃³⁻

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al³⁺ +3e → Al

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Анод: 4AlO³⁻– 12e → 2AlO+ 3O

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

2AlO→ 4Al + 3O

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl+ 3K → 3Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия – взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами. При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Напримерхлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl+ 3NaOH → Al(OH)+ 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи осадок гидроксида алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината натрия:

Al(OH)+ NaOH = Na[Al(OH)]

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:

AlCl+ 4NaOH = Na[Al(OH)] + 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.

AlCl+ 3NH· HO = Al(OH)↓ + 3 NHCl

Al³⁺ + 3NH· HO = Al(OH)↓ + 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 + 3I→ 2AlI

В редакторе видеозапись не воспроизводится0:09Добавьте описание

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

2Al + 3S → AlS

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 + N→ 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

4Al + 3C → AlC

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

4Al + 3O→ 2AlO

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 + 6HO → 2Al(OH)₃  + 3HО

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 = 2AlCl+ 3H

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:

Читайте также:  Какой характер свойств высшего оксида химического элемента с порядковым номером

2Al + 6HSO(конц.) → Al(SO)+ 3SO+ 6HO

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

10Na + 12HNO(разб) → N+10NaNO+ 6HO

При взаимодействии алюминия с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

8Al + 14HNO(оч.разб.) → 8NaNO+ 3NHNO+ 7HO

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

2Al + 2NaOH + 6HO → 2Na[Al(OH)] + 3H

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 → 2NaAlO₃ + 3H

Эту же реакцию можно записать в другом виде:

2Al + 6NaOH → NaAlO+ 3H↑ + NaO

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 + AlO₃ 

Алюминий с оксидом меди

Еще пример: алюминий восстанавливает железо из железной окалиныоксида железа (II, III):

8Al + 3FeO→ 4AlO+ 9Fe

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натриянитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатамисоединениями хрома (VI):

2Al + 3NaO₂ → 2NaAlO₂ + 2NaO

8Al + 3KNO+ 5KOH + 18HO → 8K[Al(OH)] + 3NH₃ 

10Al + 6KMnO+ 24HSO→ 5Al(SO)+ 6MnSO₄ + 3KSO+ 24HO

2Al + NaNO+ NaOH + 5HO → 2Na[Al(OH)] + NH

Al + 3KMnO+ 4KOH → 3KMnO+ K[Al(OH)

4Al + KCrO→ 2Cr + 2KAlO₂  + AlO

Оксид алюминия

Способы получения

Оксид алюминия можно получить различными методами:

  • Горением алюминия на воздухе: 

4Al + 3O₂ → 2AlO

2. Разложением гидроксида алюминия при нагревании:

2Al(OH)₃ → AlO+ 3HO

3. Оксид алюминия можно получить разложением нитрата алюминия:

4Al(NO)→ 2AlO+ 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:

NaO + AlO→ 2NaAlO₂ 

2. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются солиалюминаты, 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 + AlO→ 2NaAlO+ HO

Оксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

AlO+ 2NaOH + 3HO → 2Na[Al(OH)]

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: 

AlO+ 3SO→ Al(SO)

5. Оксид алюминия взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием средних и кислых солей.

Например, оксид алюминия реагирует с серной кислотой:

AlO+ 3HSO₄  → Al(SO)₃ + 3HO

6. Оксид алюминия проявляет слабые окислительные свойства.

Например, оксид алюминия реагирует с гидридом кальция с образованием алюминияводорода и оксида кальция:

AlO₃ + 3CaH→ 3CaO + 2Al + 3H

Электрический ток восстанавливает алюминий из оксида (производство алюминия):

2AlO₃ → 4Al + 3O

7. Оксид алюминия – твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например, из карбоната натрия:

AlO₃ + NaCO₃ → 2NaAlO+ 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:

AlCl+ 3NH₃ + 3HO = Al(OH)₃ + 3NHCl

2. Пропусканием углекислого газасернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоалюмината натрия:

2Na[Al(OH)] + СО= 2Al(OH)₃ + NaНCO₃ + HO

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить сложное вещество Na[Al(OH)] на составные части: NaOH и Al(OH). 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 СО, то мы записываем справа Al(OH)₃  без изменения.

3. Гидроксид алюминия можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли алюминия.

Напримерхлорид алюминия реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида алюминия и хлорида калия:

AlCl₃ + 3KOH(недост) = Al(OH)↓+ 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 + 3NaCO₃ + 3HO = 2Al(OH)↓ + CO↑ + 6NaBr

Хлорид алюминия реагирует с сульфидом натрия с образованием гидроксида алюминия, сероводорода и хлорида натрия:

2AlCl₃  + 3NaS + 6HO = 2Al(OH)₃  + 3HS↑ + 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 + 3HNO→ Al(NO)₃ + 3HO

Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3HO

Читайте также:  Какого типа является свойство глобального контекста справочники

2Al(OH)₃ + 3HSO₄ → Al(SO)₃ + 6HO

Al(OH)₃ + 3HBr → AlBr₃ + 3HO

2. Гидроксид алюминия взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.

Например, гидроксид алюминия взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата алюминия:

2Al(OH)₃ + 3SO→ Al(SO)₃ + 3HO

3. Гидроксид алюминия взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются солиалюминаты, 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  + 2HO

Гидроксид алюминия растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоалюмината:

Al(OH)₃  + KOH → K[Al(OH)]

4. Гидроксид алюминия разлагается при нагревании:

2Al(OH)₃ → AlO+ 3HO

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 алюминияоксид азота (IV) и кислород:

4Al(NO)₃ → 2AlO₃ + 12NO+ 3O

Сульфат алюминия при сильном нагревании разлагается аналогично – на оксид алюминиясернистый газ и кислород:

2Al(SO)₃ → 2AlO₃ + 6SO₂ + 3O

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)разбиваем на NaOH и Al(OH)

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)] + CO→ Al(OH)↓ + NaHCO

Аналогично тетрагидроксоалюминат калия реагирует с углекислым газом:

K[Al(OH)] + CO→ Al(OH)₃ + KHCO

По такому же принципу тетрагидроксоалюминаты реагирует с сернистым газом SO₂:

Na[Al(OH)] + SO₂ → Al(OH)↓ + NaHSO

K[Al(OH)] + SO₂ → Al(OH)+ KHSO

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 + 4HO

Правда, под действием небольшого количества (недостаткасильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида алюминия кислоты не будет хватать:

Na[Al(OH)] + НCl(недостаток) → Al(OH)↓ + NaCl + HO

Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид алюминия:

Na[Al(OH)] + HNO(недостаток) → Al(OH)↓ + NaNO+ HO

Комплекс разрушается при взаимодействии с хлорной водой (водным раствором хлора) Cl₂:

2Na[Al(OH)] + Cl→ 2Al(OH)↓ + NaCl + NaClO

При этом хлор диспропорционирует.

Также комплекс может прореагировать с избытком хлорида алюминия. При этом выпадает осадок гидроксида алюминия:

AlCl+ 3Na[Al(OH)] → 4Al(OH)↓ + 3NaCl

Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-алюминат:

Na[Al(OH)] → NaAlO₂ + 2HO↑

K[Al(OH)] → KAlO₂ + 2HO

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 необратимополностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Al(SO)₃ + 6NaHSO→ 2Al(OH)₃ + 6SO₂ + 3NaSO

2AlBr₃ + 3NaCO+ 3HO → 2Al(OH)↓ + CO↑ + 6NaBr

2Al(NO)₃ + 3NaCO+ 3HO → 2Al(OH)↓ + 6NaNO+ 3CO

2AlCl₃ + 3NaCO+ 3HO → 2Al(OH)↓ + 6NaCl + 3CO

Al(SO)₃ + 3KCO+ 3HO → 2Al(OH)↓ + 3CO↑ + 3KSO

2AlCl₃ + 3NaS + 6HO → 2Al(OH)+ 3HS↑ + 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:

AlO+ NaO → 2NaAlO

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 NaO и AlO

Тогда нам станет очевидно, что алюминаты реагируют с кислотами с образованием солей алюминия:

KAlO+ 4HCl → KCl + AlCl+ 2HO

NaAlO+ 4HCl → AlCl+ NaCl + 2HO

NaAlO+ 4HNO→ Al(NO)+ NaNO+ 2HO

2NaAlO+ 4HSO→ Al(SO)+ NaSO+ 4HO

Под действием избытка воды алюминаты переходят в комплексные соли:

KAlO+ HO = K[Al(OH)]

NaAlO+ 2HO = Na[Al(OH)]

Бинарные соединения

Сульфид алюминия под действием азотной кислоты окисляется до сульфата:

AlS+ 8HNO→ Al(SO)+ 8NO+ 4HO

либо до серной кислоты (под действием горячей концентрированной кислоты):

AlS+ 3HNO(конц. гор.) → 2Al(NO)+ 2NO+ 3HSO+ 12HO

Сульфид алюминия разлагается водой:

AlS+ 6HO → 2Al(OH)↓ + 3HS↑

Карбид алюминия также разлагается водой при нагревании на гидроксид алюминия и метан:

AlC+ 12HO → 4Al(OH)+ 3CH

Нитрид алюминия разлагается под действием минеральных кислот на соли алюминия и аммония:

AlN + 4HCl → AlCl+ NHCl

Читайте также:  Какое целебное свойство у лопух

Также нитрид алюминия разлагается под действием воды:

AlN + 3HO → Al(OH)↓ + NH

Источник

Алюминий –  элемент III группы, главной «А» подгруппы, 3 периода периодической системы, порядковый номер №13, относительная атомная масса Ar(Al) = 27.  Его соседом слева в таблице является магний – типичный металл, а справа – кремний – уже неметалл. Следовательно, алюминий должен проявлять свойства некоторого промежуточного характера и его соединения являются амфотерными. 

В возбужденном состоянии на внешнем уровне алюминия находится три неспаренных электрона. Поэтому в соединениях с ковалентной связью алюминий проявляет валентность III. Во всех соединениях алюминий проявляет постоянную степень окисления: +3.

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

Физические свойства

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

Алюминий в свободном виде — се­ребристо-белый металл, обладающий высокой тепло- и электро­проводностью. Температура плавления  650 $^circ C$. Алюминий имеет невысокую плотность (2,7 г/см$^3$) — при­мерно втрое меньше, чем у железа или меди, и одновременно — это прочный металл

Нахождение в природе 

По распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию.  В природе алюминий встречается только в соединениях (минералах):

  • Бокситы — $Al_2O_3 cdot H_2O$ (с примесями $SiO_2, Fe_2O_3, CaCO_3$)

  • Нефелины —$ KNa_3[AlSiO_4]_4$

  • Алуниты — $KAl(SO_4)_2 cdot 2Al(OH)_3$

  • Глинозёмы (смеси каолинов с песком $SiO_2$, известняком $CaCO_3$, магнезитом $MgCO_3$)

  • Корунд — $Al_2O_3$

  • Полевой шпат (ортоклаз) — $K_2Ocdot Al_2O_3 cdot6SiO_2$

  • Каолинит — $Al_2O_3 cdot2SiO_2 cdot 2H_2O$

  • Алунит —$ (Na,K)_2SO_4cdot Al_2(SO_4)_3 cdot4Al(OH)_3$

  • Берилл — $3BeO cdot Al_2O_3 cdot6SiO_2$

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминияСвойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминияСвойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

               Берилл                                                Корунд                                                Нефелин

Химические свойства

Алюминий – химически  активный металл, но прочная оксидная пленка состава $Al_2O_3$ определяет его стойкость при обычных условиях. Практически во всех химических реакциях алюминий проявляет восстановительные свойства.

1. Взаимодействие с неметаллами

С кислородом взаимодействует только в мелкораздробленном состоянии при высокой температуре:

$4Al + 3O_2 = 2Al_2O_3$

реакция сопровождается большим выделением тепла (1676 кДж).

С галогенами (кроме фтора) алюминий реагирует при комнатной температуре, с образованием галогенидов:

$2Al + 3Cl_2 = 2AlCl_3$

С водородом непосредственно не взаимодействует.

С другими неметаллами алюминий реагирует при нагревании, образуя бинарные соединения:

$2Al +3F_2= 2AlF_3$  фторид алюминия ($t=600^circ C$)

$2Al + 3S = Al2S3$  сульфида алюминия ($t=200^circ C$)

$Al + P = AlP$ фосфид алюминия ($t=500^circ C$)

$2Al + N2 = 2AlN$ нитрид алюминия ($t=800^circ C$)

$4Al + 3C = Al4C3$  карбид алюминия ($t=2000^circ C$)

Все эти соединения полностью гидролизуются с образованием гидроксида алюминия и летучих водородных соединений (сероводорода, фосфина, аммиака, метана и т.д.):

$Al2S3 + 6H_2O = 2Al(OH)_3downarrow + 3H_2S­uparrow$

$Al_4C_3 + 12H2O = 4Al(OH)_3downarrow+ 3CH_4­uparrow$

2. С металлами образует сплавы, которые содержат интерметаллические соединения – алюминиды, например, CuAl2, CrAl7, FeAl3 и др.

3.Очищенный от оксидной пленки алюминий энергично взаимодействует с водой:

$2Al + 6H_2O = 2Al(OH)_3downarrow + 3H_2uparrow$

В результате реакции образуется малорастворимый гидроксид алюминия и выделяется водород.

4. С оксидами менее активных металлов:

$Cr_2O_3 + 2Al = Al_2O_3 + 2Cr$

Такая реакция – алюмотермия – используется для получения чистых редких металлов, например таких, как вольфрам, ваннадий и др.                                                                           

5. Алюминий легко взаимодействует с разбавленными кислотами, образуя соли:

$2Al + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2uparrow$

$2Al + 3H_2SO_{4textrm{разб.}} = Al_2(SO_4)_3 + 3H_2uparrow$

$Al + 4HNO_3 = Al(NO_3)_3 + NOuparrow + 2H_2O$

в качестве продукта восстановления азотной кислоты также может быть азот и нитрат аммония.

Запомнить! С концентрированной азотной и серной кислотами при комнатной температуре алюминий не взаимодействует (пассивация); при нагревании реагирует с образованием соли и продукта восстановления кислоты:

$2Al + 6H_2SO_{4textrm{(конц.)} }xrightarrow[]{t, ^circ C}  Al_2(SO_4)_3 + underline{3SO_2uparrow} + 6H_2O$

$Al + 6HNO_{3textrm{(конц.)} }xrightarrow[]{t, ^circ C} Al(NO_3)_3 + underline{3NO_2uparrow} + 3H_2O$

6. Алюминий – амфотерный металл, он легко реагирует со щелочами:

  • в растворе с образованием тетрагидроксоаалюмината натрия:

    $2Al + 2NaOH + 6H_2O = 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2$

  • при сплавлении с образованием алюминатов:

    $2Al + 6KOH = 2KAlO_2 + 2K2O + 3H_2uparrow$

7. С солями менее активных металлов (стоящих в ряду напряжения правее алюминия):

$2Al + 3NiSO_4 = 3Ni + Al_2(SO_4)_3$

Соединения алюминия

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

Оксид алюминия $Al_2O_3$

твердое вещество белого цвета, тугоплавкое. Не реагирует с водой и не растворяется в ней. Типичный амфотерный оксид, поэтому реагирует и с кислотами и со щелочами.

При взаимодействии с кислотами образуется соль и вода:

$Al_2O_3 + 6 HCl = 2 AlCl_3 + 3 H_2O $

 Со щелочами алюминий реагирует в расплаве и в растворе:

Запомнить! 

  • при сплавлении образуется метаалюминат натрия:

    $Al_2O_{3textrm{(тв)}}+ 2 NaOH_{textrm{ (тв) }} xrightarrow[]{t, ^circ C} 2 NaAlO_2 + H_2O$

  • в растворе щёлочи образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

    $Al_2O_3 + 2 NaOH + 3 H_2O = 2Na[Al(OH)_4]$

Гидроксид алюминия $Al(OH)_3$

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

белое вещество, нерастворимое в воде,  амфотерный гидроксид. 

Проявляя типичные амфотерные свойства, гидроксид алюминия взаимодействует с кислотами:

$Al(OH)_3 + 3 HCl = AlCl_3 + 3 H_2O$

и щелочами.

  • в растворе: $Al(OH)_3 + NaOHtextrm{(избыток)}= Na[Al(OH)_4]$ или $Al(OH)_3 + 3 NaOH = Na_3[Al(OH)_6]$

  • в расплаве: $Al(OH)_3 + NaOH = NaAlO_2 + 2H_2O$

Получают $Al(OH)_3$ косвенно реакцией обмена между солью алюминия и щелочью:

$AlCl_3 + NaOHtextrm{ (по каплям)}= Al(OH)_3 downarrow+ 3 NaCl $

При дальнейшем добавлении раствора щелочи к соли алюминия осадок будет растворяться вследствие взаимодействия образующегося гидроксида алюминия с избытком щелочи; при это образуется комплексная соль:

$AlCl_3 +4 NaOH_{textrm{ (изб.)}}= Na[Al(OH)_4]+ 3 NaCl $

СОЛИ АЛЮМИНИЯ

Свойства какого класса соединений проявляет гидроксид алюминия

Соли алюминия и некоторых слабых кислот, например, сернистой и угольной не могут быть выделены из водных растворов по причине полного необратимого гидролиза

$2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O = 2Al(OH)_3downarrow +3CO_2uparrow + 6NaCl$

О протекании реакции судят по выделению газа и образованию желеообразного белого осадка (гидроксида алюминия).

Соли алюминия и сильных кислот – растворимы; растворы таких солей имеют кислый характер среду вследствие гидролиза по катиону. Первая ступень гидролиза подобных солей отражается уравнением:

$Al^{3+} + H_2O leftrightarrow AlOH^{2+} + H^+$

Алюминаты неустойчивы и даже при слабом подкислении разрушаются:

$NaAlO_2 + 4HNO_3 = NaNO_3 + Al(NO_3)_3 + 2H_2O$

Тетрагидроксокопмлексы алюминия также разрушаются под действием кислоты с образованием осадка гидроксида алюминия и соли:

$Na[Al(OH)4] + HCl = Al(OH)_3downarrow + NaCl +H_2O$

При добавлении к комплексной избытка кислоты образуется смесь солей (образующийся гидроксид алюминия взаимодействует с избыточном количеством кислоты, что приводит к образованию соотвествующей соли алюминия):

$Na[Al(OH)4] + 4HCl_{textrm{изб.}} = AlCl_3 + NaCl +4H_2O$

При действии слабых кислот (растворенного в воде углекислого газа или сероводорода) образуются кислые соли:

$Na[Al(OH)_4] + CO_2 = Al(OH)_3downarrow + NaHCO_3$

Источник