Амфотерные свойства алюминия уравнения реакций (8 видео)

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Содержание

Алюминий
Положение в периодической системе химических элементов
Электронное строение алюминия и свойства
Физические свойства
Нахождение в природе
Способы получения
Качественные реакции
Химические свойства
Оксид и гидроксид алюминия
Амфотерность алюминия.
📽️ Видео

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:Это Самый Простой Урок Химии. Химия с нуля — АмфотерностьСкачать

Оксид и гидроксид алюминия

Соединения алюминия

Оксид алюминия

Al 2 O 3 – твердое вещество белого цвета, тугоплавкое. Не реагирует с водой и не растворяется.

Алюминий — переходный элемент, поэтому его соединения — оксид и гидроксид проявляют особые свойства. Они являются амфотерными.

Амфотерность (от греч. amphóteros — и тот и другой) способность некоторых веществ в зависимости от условий проявлять либо кислотные, либо основные свойства .

Примерами могут служить гидроокиси алюминия, цинка, хрома и некоторых др. элементов.

Химические свойства оксида алюминия

Типичный амфотерный оксид , поэтому реагирует с кислотами и щелочами.

Al 2 O 3 + 6 HCl = 2 AlCl 3 + 3 H 2 O

При сплавлении образуется метаалюминат натрия:

Al 2 O 3 (тв)+ 2 NaOH (тв) t → 2 NaAlO 2 + H 2 O ,

В растворе щёлочи образуется тетрагидроксоалюминат натрия:

Al 2 O 3 + 2 NaOH + 3 H 2 O = 2Na[Al(OH) 4 ]

Алюминаты неустойчивы и даже при слабом подкислении разрушаются:

Na[Al(OH) 4 ] + CO 2 = Al(OH) 3 + NaHCO 3

Al(OH) 3 – белое вещество, нерастворимое в воде, амфотерный гидроксид .

Получают косвенно реакцией обмена между солью алюминия и щелочью:

AlCl 3 + NaOH (по каплям)= Al(OH) 3 ↓ + 3 NaCl

Взаимодействует с кислотами и щелочами.

Al(OH) 3 + 3 HCl = AlCl 3 + 3 H 2 O

В растворе: Al(OH) 3 + NaOH(избыток) = Na[Al(OH) 4 ]

или Al(OH) 3 + 3 NaOH = Na 3 [Al(OH) 6 ]

В расплавах: Al(OH) 3 + NaOH = NaAlO 2 + 2H 2 O

ТРЕНАЖЁРЫ

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ

№1. Выполните виртуальный ЭКСПЕРИМЕНТ

Изучение свойств оксида алюминия

Видео:Химия 9 класс (Урок№25 - Алюминий. Свойства алюминия. Амфотерность оксида и гидроксида алюминия.)Скачать

Амфотерность алюминия.

Алюминий – амфотерный элемент. Это означает, что его соединения могут проявлять кислотные свойства и образовывать соли с активными металлами. В зависимости от условий реакции соль может быть безводной, например, . Эта безводная соль в некоторых изданиях представлена как . Разница между этими двумя способами представления безводной соли скорее стилистическая. Оба варианта являются правильными, ни один из них не будет засчитан на ЕГЭ за ошибку. При попытке получить ту же соль в водной среде получается гидроксокомплекс. Его формулу записывают как или . Здесь снова оба варианта являются равноправными. Обе эти соли, безводную и гидроксокомплекс, можно получать из алюминия, его оксида и гидроксида. Соли можно превращать друг в друга.

Из-за большого количества схожих реакций эта тема сложна для запоминания. Ниже приводится схема, позволяющая быстро определять продукты реакций и их условий.

В схеме ячейки соединены стрелками. Каждой стрелки касается надпись с условиями и веществами, необходимыми для такого перехода. Стоит заметить, что во всех местах калий может быть заменен на натрий без ущерба для смысла.
Продемонстрируем использование этой схемы на примере задания, похожего на задание № 37 ЕГЭ по химии.
Алюминий прореагировал с раствором гидроксида натрия. Через полученный раствор пропустили углекислый газ. Выпавший осадок отделили, прокалили и сплавили с карбонатом калия. Напишите уравнения четырех описанных реакций.