Алюминий с соляной кислотой уравнение разбавленной и концентрированной

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен 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 :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

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.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом 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:

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 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

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

AlCl₃ + 3K → Al + 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 амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

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 в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

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 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

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). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

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:

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

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

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 ↑

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 (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

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

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

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Видео:СЕРНАЯ КИСЛОТА разбавленная и концентрированная - в чем отличия? | Химия ОГЭСкачать

Как соляная кислота реагирует с алюминием

Алюминий — ковкий, легкий серебристо-белый металл, хороший проводник электричества. Соединение алюминия с кислотой приводит к типичной реакции с образованием соли алюминия и газообразного водорода.

Алюминий реагирует с разбавленной соляной кислотой при комнатной температуре, образуя хлорид алюминия и бесцветный газообразный водород. Эта реакция необратима, поскольку конечные продукты не вступают в реакцию друг с другом. Алюминий действует как восстановитель и высвобождает электроны:

Катионы соляной кислоты принимают эти электроны и восстанавливаются до молекулярного водорода:

Полное уравнение ионной реакции:

2Al⁰ + 6H⁺ + 6Cl⁻ = 2Al³⁺ + 6Cl⁻ + 3H₂ ↑

Чистая форма иона:

2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂ ↑

В молекулярном виде реакция выглядит так:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

Металлический алюминий — не единственное вещество, которое может реагировать с соляной кислотой — этим свойством обладают многие соединения металлов. С солями происходит обменная реакция, когда ионы или реактивные группы обоих реагентов «меняют свое положение». Чтобы реакция с алюминием или его соединениями была необратимой, реагенты должны образовывать газ, осадок или труднорастворимое вещество. Требуемые количества реагентов должны быть точно рассчитаны.

Видео:Опыты по химии. Соляная кислота и металлыСкачать

Реакции гидроксидов и оксидов алюминия с соляной кислотой

Al (OH)₃ представляет собой амфотерное основание, белый гелеобразный осадок, который плохо растворяется в воде.

Гидроксид алюминия вступает в реакцию нейтрализации соляной кислотой:

Al (OH) ₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O

Вы можете наблюдать растворение белого осадка гидроксида алюминия (хлорид алюминия AlCl₃ хорошо растворяется в воде). С оксидом алюминия реакция приводит к образованию соли и воды в соответствии со следующим уравнением:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Видео:Алюминий, цинк и медь с соляной кислотой. Аманиязова Умида, Х01-310Скачать

Реакции солей, гидридов и комплексов алюминия с соляной кислотой

Соляная кислота также реагирует со многими другими соединениями алюминия.

С карбидом алюминия

Al₄C₃ + 12HCl = 4AlCl₃ + 3CH₄ ↑

С ацетатом алюминия

(CH₃COO) ₃Al + 3HCl = AlCl₃ + 3CH₃COOH

С нитридом алюминия

AlN + 4HCl = AlCl₃ + NH₄Cl (используется концентрированная кислота, реакция идет медленно)

С сульфидом алюминия

Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S ↑

С фосфидом алюминия

AlP + 3HCl = AlCl₃ + PH₃ ↑ (используется концентрированная кислота)

С фосфатом алюминия

AlPO₄ + 3HCl = AlCl₃ + H₃PO₄

С алюминатом натрия

NaAlO₂ + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + 2H₂O

Сульфаты и нитраты алюминия не вступают в реакцию с соляной кислотой, так как все соединения в смеси растворимы — не образуются осадки, не образуются трудно растворяемые вещества, не выделяется газ.

Видео:Взаимодействие алюминия с соляной кислотой HCL с выделением водорода и образованием AlCl3Скачать

Как смеси металлов реагируют с соляной кислотой

Когда смесь нескольких металлов обрабатывают соляной кислотой, каждый металл вступает в реакцию отдельно. Например, если вы добавляете HCl в смесь алюминиевой и железной стружки, реакция пойдет следующим образом:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ ↑

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

Поскольку разбавленная соляная кислота является слабым окислителем, железо восстанавливается только до степени окисления +2.

Видео:Соляная кислота. Свойства и особенности. То чего вы не знали.Скачать

Продукты реакции алюминия с соляной кислотой и их применение

Почти все реакции соляной кислоты и алюминия (или его соединений) приводят к образованию хлорида алюминия (AlCl₃). Соль хорошо растворяется в органических растворителях (нитробензол, дихлорэтан, ацетон) и воде. Гидролиз AlCl₃ можно наблюдать в водных растворах, поскольку эта соль образуется из сильной кислоты HCl и слабого основания Al (OH).

AlCl₃ используется в качестве катализатора в органическом синтезе. Его используют, например, при изомеризации парафинов, инициировании реакций алкилирования, ацилировании и разложении масла по фракциям. Гексагидрат хлорида алюминия AlCl₃・6H₂O используется для обработки древесных материалов, очистки сточных вод и производства антиперспирантов.

Реакцию алюминия с раствором соляной кислоты можно использовать в качестве лабораторного процесса для получения водорода (но для этих целей чаще используется металлический цинк).

Видео:Взаимодействие алюминия с кислотамиСкачать

Химические реакции алюминия

Видео:алюминий + соляная кислотаСкачать

Химические свойства алюминия

Химические свойства алюминия определяются его положением в периодической системе химических элементов.

Ниже представлены основные химические реакции алюминия с другими химическими элементами. Эти реакции определяют основные химические свойства алюминия.

Видео:Взаимодействие алюминия со щелочью и соляной кислотойСкачать

С чем реагирует алюминий

Простые вещества:

• галогены (фтор, хлор, бром и иодин)
• сера
• фосфор
• азот
• углерод
• кислород (горение)

Сложные вещества:

• вода
• минеральные кислоты (соляная, фосфорная)
• серная кислота
• азотная кислота
• щелочи
• окислители
• оксиды менее активных металлов (алюмотермия)

Видео:Опыты по химии. Взаимодействие алюминия с кислотой и щелочьюСкачать

С чем не реагирует алюминий

Алюминий не реагирует:

• с водородом
• в обычных условиях – с концентрированной серной кислотой (из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки)
• в обычных условиях – с концентрированной азотной кислотой (также из-за пассивации)

Видео:Взаимодействие металлов с кислотами. 8 класс.Скачать

Алюминий и воздух

Обычно поверхность алюминия всегда покрыта тонким слоем оксида алюминия, который защищает ее от воздействия воздуха, точнее, кислорода. Поэтому считается, что алюминий не вступает в реакцию с воздухом. Если же этот оксидный слой повреждается или удаляется, то свежая поверхность алюминия реагирует с кислородом воздуха. Алюминий может гореть в кислороде ослепительно белым пламенем с образованием оксида алюминия Al2O3.

Реакция алюминия с кислородом:

Видео:Серная кислота и ее соли. 9 класс.Скачать

Алюминий и вода

Алюминий реагирует с водой по следующим реакциям [2]:

В результате этих реакций образуются, соответственно, следующие соединения алюминия:

• модификация гидроксида алюминия байерит и водород (1)
• модификация гидроксида алюминия богемит и водород (2)
• оксид алюминия и водород (3)

Эти реакции, кстати, представляют большой интерес при разработке компактных установок для получения водорода для транспортных средств, которые работают на водороде [2].

Все эти реакции являются термодинамически возможными при температуре от комнатной до температуры плавления алюминия 660 ºС. Все они являются также экзотермическими, то есть происходят с выделением тепла [2]:

• При температуре от комнатной до 280 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al(OH)₃.
• При температуре от 280 до 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является AlO(OH).
• При температуре выше 480 ºС наиболее устойчивым продуктом реакции является Al₂O₃.

Таким образом, оксид алюминия Al₂O₃ становится термодинамически более устойчивым, чем Al(OH)₃ при повышенной температуре. Продуктом реакции алюминия с водой при комнатной температуре будет гидроксид алюминия Al(OH)₃.

Реакция (1) показывает, что алюминий должен самопроизвольно реагировать с водой при комнатной температуре. Однако на практике кусок алюминия, опущенный в воду, не реагирует с водой в условиях комнатной температуры и даже в кипящей воде. Дело в том, что алюминий имеет на поверхности тонкий когерентный слой оксида алюминия Al₂O₃. Эта оксидная пленка прочно удерживается на поверхности алюминия и предотвращает его реакцию с водой. Поэтому, чтобы начать и поддерживать реакцию алюминия с водой при комнатной температуре необходимо постоянно удалять или разрушать этот оксидный слой [2].

Видео:Взаимодействие серной кислоты с металламиСкачать

Алюминий и галогены

Алюминий бурно реагирует со всем галогенами – это:

с образованием соответственно:

Реакции водорода со фтором, хлором, бромом и иодином:

Видео:Серная кислота и металлы за 10 минут | ХИМИЯ ЕГЭ | СОТКАСкачать

Алюминий и кислоты

Алюминий активно вступает в реакцию с разбавленными кислотами: серной, соляной и азотной, с образованием соответствующих солей: сернокислого алюминия Al₂SO₄, хлорида алюминия AlCl₃ и нитрата алюминия Al(NО₃)₃.

Реакции алюминия с разбавленными кислотами:

С концентрированными серной и соляной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, при нагревании реагирует с образованием соли, окислов и воды.

Видео:СЕРНАЯ КИСЛОТА | H2SO4 | Химические свойства разбавленной и концентрированной СЕРНОЙ КИСЛОТЫ | ХимияСкачать

Алюминий и щелочи

Алюминий в водном растворе щелочи – гидроксида натрия – реагирует с образованием алюмината натрия.

Реакция алюминия с гидроксидом натрия имеет вид:

Видео:КИСЛОТЫ В ХИМИИ — Химические Свойства Кислот. Реакция Кислот с Основаниями, Оксидами и МеталламиСкачать

Все важнейшие реакции с алюминием

Для полноты информации приводим перечень основных реакций с участием алюминия из фундаментальной книги про алюминий [3]:

Важнейшие реакции с участием алюминия [3]

1. Chemical Elements. The first 118 elements, ordered alphabetically / ed. Wikipedians – 2018

2. Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen /John Petrovic and George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008

3. Тринадцатый элемент: Энциклопедия / А. Дроздов – Библиотека РУСАЛа, 2007.

🔍 Видео

2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2 | Реакция алюминия и соляной кислотыСкачать

Реакция между соляной кислотой HCl и алюминиевой фольгой Al В результате реакция образуется хлоридСкачать

Взаимодействие алюминия с соляной кислотойСкачать

Алюминий с соляной кислотойСкачать

Реакции металлов с азотной кислотой. Химический опытСкачать