Алюминий

В лаборатории оксид алюминия (вещество белого цвета) можно получить, сжигая порошок алюминия в кислороде: $$ 4Al + 3O_2 \overset{t}{=} 2Al_2O_3, $$ или разлагая нагреванием гидроксид или нитрат алюминия: $$ 2Al(OH)_3 \overset{t}{=} Al_2O_3 + 3H_2O, $$ $$ 4Al(NO_3)_3 \overset{t}{=} 2Al_2O_3 + 12NO_2\uparrow + 3O_2\uparrow. $$ Оксид алюминия амфотерен, поэтому взаимодействует с кислотами и с растворами щелочей: $$ Al_2O_3 + 6HCl = 2AlCl_3 + 3H_2O, $$ $$ Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O = 2Na[Al(OH)_4]. $$ Твёрдый оксид алюминия при сплавлении со щелочами и карбонатами щелочных металлов образует метаалюминаты: $$ Al_2O_3 + Na_2CO_3 \overset{t}{=} 2NaAlO_2 + CO_2, $$ $$ Al_2O_3 + 2KOH \overset{t}{=} 2KAlO_2 + H_2O\uparrow. $$ Оксид алюминия реагирует с кислыми солями: $$ Al_2O_3 + 6KHSO_4 = Al_2(SO_4)_3 + 3K_2SO_4 + 3H_2O. $$ Свежеосаждённый гидроксид алюминия $Al(OH)_3$ — студенистое белое вещество, практически не растворимое в воде, обладающее амфотерными свойствами. Он может быть получен обработкой солей алюминия раствором аммиака: $$ AlBr_3 + 3NH_3 + 3H_2O = Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Br. $$ Из раствора тетрагидроксоалюмината гидроксид алюминия можно осадить, пропуская $CO_2$: $$ Na[Al(OH)_4] + CO_2 = Al(OH)_3\downarrow + NaHCO_3, $$ или $$ 2Na[Al(OH)_4] + CO_2 = 2Al(OH)_3\downarrow + Na_2CO_3 + H_2O. $$ Из гидроксида и оксида алюминия можно получить практически все соли алюминия. Почти все соли алюминия и сильных кислот хорошо растворимы в воде и при этом сильно гидролизованы. Соли алюминия, образованные слабыми кислотами, подвергаются очень сильному гидролизу и не существуют в водных растворах. Например, сульфид алюминия можно получить прямым синтезом из элементов: $$ 2Al + 3S \overset{t}{=} Al_2S_3, $$ в воде он необратимо гидролизуется: $$ Al_2S_3 + 6H_2O = 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow, $$ а обменная реакция в растворе между галогенидом алюминия и сульфидом натрия приводит к полному взаимному гидролизу этих солей: $$ 2AlCl_3 + 3Na_2S + 6H_2O = 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow + 6NaCl. $$ Квасцы — двойные соли алюминия общей формулой $M^{I}Al(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$, где $M^{I}$ — однозарядный катион ($Na^+$, $K^+$ или $NH_4^+$). При растворении в воде квасцов, например алюмокалиевых $KAl(SO_4)_2 \cdot 12H_2O$, образуются ионы $K^+$, $Al^{3+}$ и $SO_4^{2-}$. Применение алюминия и его соединений. Металлический алюминий и его сплавы широко используются в транспортном машиностроении, например для создания самолётов, судов и автомобилей, в производстве электрических проводов. В пищевой промышленности из алюминия изготавливают упаковочные материалы, пищевую фольгу и посуду. Алюминий легко образует сплавы с другими металлами. Медь, никель и цинк повышают прочность металла и его твёрдость, а магний — его коррозионную устойчивость. Наиболее распространёнными сплавами алюминия являются дуралюмин (дюраль): 95% Al, 4% Cu, 1% (Mg, Fe, Si); силумин — сплав алюминия и кремния и алюминиевая бронза — сплав, содержащий 89% меди. Многие соединения алюминия имеют важное практическое значение. Безводный $AlCl_3$ применяют в качестве катализатора в реакции Фриделя — Крафтса, алюмогидрид лития $Li[AlH_4]$ используется в качестве восстановителя. В текстильной промышленности в качестве протравы при крашении тканей и в кожевенной промышленности при дублении кож широко используются квасцы. Задачи Задача 1 Условие Алюминий растворили в разбавленной серной кислоте, к полученному раствору добавили избыток водного раствора аммиака. Выпавший осадок отфильтровали и прокалили, а твёрдый остаток сплавили с карбонатом натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций. Решение $$ 1)\ 2Al + 3H_2SO_4(разб) = Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow, $$ $$ 2)\ Al_2(SO_4)_3 + 6NH_3 + 6H_2O = 2Al(OH)_3\downarrow + 3(NH_4)_2SO_4, $$ $$ 3)\ 2Al(OH)_3 \overset{t}{=} Al_2O_3 + 3H_2O, $$ $$ 4)\ Al_2O_3 + Na_2CO_3 \overset{t}{=} 2NaAlO_2 + CO_2\uparrow. $$ Задача 2 Условие В двух пробирках находился раствор хлорида алюминия. В первую пробирку добавили раствор вещества X, а во вторую — раствор вещества Y. В первой пробирке образовался осадок и выделился газ, во второй — образовался только осадок, а газ не выделялся. Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые могут вступать в описанные реакции. $NH_3$ $H_2SO_4$ $SO_2$ $Na_2S$ $Br_2$ Решение Вещество X — это $Na_2S$: $$ 2AlCl_3 + 3Na_2S + 6H_2O = 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow + 6NaCl. $$ Вещество Y — это $NH_3$: $$ AlCl_3 + 3NH_3 + 3H_2O = Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl. $$ Ответ X Y 4 1 Задача 3 Условие Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктами, которые образуются при взаимодействии этих веществ. РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ А) $Na[Al(OH)_4] + CO_2(изб)$ 1) $Na_2CO_3 + Al_2(CO_3)_3 + H_2O$ Б) $Na[Al(OH)_4] + HCl(изб)$ 2) $NaHCO_3 + Al(OH)_3$ В) $Al_2O_3(тв) + NaOH(тв)$ 3) $NaCl + AlCl_3 + H_2O$ Г) $Al_2O_3(тв) + NaOH(р-р) + H_2O$ 4) $Na[Al(OH)_4] + H_2$ 5) $Na[Al(OH)_4]$ 6) $NaAlO_2 + H_2O$ Решение $$ А)\ Na[Al(OH)_4] + CO_2(изб) = NaHCO_3 + Al(OH)_3, $$ $$ Б)\...