ГМ-19 хімія 02.11.2020

 Виконану роботу надіслати на електронну пошту

nataliasuhina15@gmail.com 

02.11.2020

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.9. Алюміній. Сполуки алюмінію.

 

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §24, с.140-148

 Виконати завдання:

1) що зустрічаються по ходу лекції;

2) № 184-190, с.147-148:

184. Напишіть рівняння реакцій алюмінію з киснем, бромом, азотом.

185. Допишіть схеми реакцій і перетворіть їх на хімічні рівняння:

а) Al + … → AlCl₃ + …;

б) Al + … →t K₃AlO₃ + …;

в) Al₂O₃ + H₂SO₄ → ... + ... ;

г) Al(OH)₃ + Ba(OH)₂ → ... .

186. Складіть рівняння реакції алюмінію з дуже розбавленою нітратною кислотою. Зважте на те, що елемент-окисник зазнає максимального відновлення.

187. Наведіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

а) Al → Al₂(SO₄)₃ → AlCl₃ → Al(NO₃)₃;

б) Al → Al₂O₃ → Na₃AlO₃ → Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ → K[Al(OH)₄].

188. Якщо злити розчини алюміній хлориду і натрій карбонату, то побачимо утворення осаду (це — алюміній гідроксид) і виділення газу. Поясніть результат експерименту та напишіть хімічне рівняння.

189. Знайдіть масову частку алюміній оксиду в мінералі беміті AlO(OH).

190. Обчисліть масу Алюмінію в 48,3 г кристалогідрату AlCl₃•6H₂O.

 

Елемент Алюміній розміщений у 3-му періоді в головній підгрупі ІІІ групи. Назва елемента походить від латинського слова alumen (aluminis) — галун. Галун — сполука Алюмінію, яку здавна використовували при фарбуванні тканин і як засіб для припинення кровотечі.

Поширеність у природі. Алюміній — найпоширеніший металічний елемент у літосфері; його атомна частка становить 6,4 %. Разом з Оксигеном і Силіцієм він становить основу неорганічного (мінерального) світу. У природі

немає металу алюмінію, але існує дуже багато сполук однойменного елемента. Найважливішими мінералами Алюмінію є боксит — суміш сполук із формулами Al(OH)₃ і Al₂O₃•H₂O, і каолініт Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O (основа глини); іноді трапляється корунд Al₂O₃.

Незважаючи на значну поширеність Алюмінію в літосфері, гідросфера містить його дуже мало, а в рослинах і живих організмах цього елемента практично немає.

Електронна будова атома і йона. На зовнішньому енергетичному рівні атома Алюмінію перебувають три електрони: 3s²3p¹.

Атом легко їх втрачає, перетворюючись на тризарядний катіон:

Al – 3e^– = Al³⁺.

Катіони Алюмінію є складниками більшості сполук елемента.

Запишіть електронну формулу йона Алюмінію та зобразіть її графічний варіант.

Проста речовина. Метал алюміній відомий кожному. У світі щороку його виплавляють десятки мільйонів тонн; за обсягом виробництва він посідає друге місце після заліза.

Фізичні властивості. Алюміній — сріблясто-білий метал із температурою плавлення 660 °С. Він легкий (його густина становить 2,70 г/см³) і пластичний. З алюмінію витягують дріт, виготовляють тонку фольгу. Цей метал має високу електро- і теплопровідність, утворює з іншими металами легкі й міцні сплави. Найважливіші серед них — дуралюмін (сплав із магнієм і міддю), силумін (сплав із силіцієм), магналій (сплав із магнієм) і авіаль (сплав із магнієм і силіцієм).

Хімічні властивості. Алюміній — дуже активний метал, який трохи поступається магнію.

Реакції з неметалами. Із більшістю неметалів алюміній взаємодіє при нагріванні, а з хлором і бромом — за звичайних умов. У суміші порошків алюмінію та йоду взаємодія починається після додавання однієї-двох крапель води, яка є каталізатором.

Напишіть рівняння реакції алюмінію з йодом.

Поверхня алюмінію вкрита тонким і прозорим шаром оксиду Al₂O₃. Це результат реакції металу з киснем повітря за звичайних умов, яка одразу припиняється, бо оксидна плівка, що утворюється, захищає алюміній від подальшої дії кисню.

Алюміній не взаємодіє навіть із киплячою водою через наявність на поверхні металу щільної плівки оксиду. Якщо цю плівку зруйнувати (нанесенням ртуті на метал), то починається реакція алюмінію з водою:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂ .

Реакції з кислотами. Алюміній взаємодіє з більшістю кислот, крім дуже слабких (карбонатної, сульфідної, силікатної). Під час реакцій металу з хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами виділяється водень. Із концентрованими сульфатною та нітратною кислотами алюміній за звичайних умов практично не реагує; його захищає оксидна плівка. Однак при нагріванні ці кислоти взаємодіють з оксидом Al₂O₃ й відразу — з металом:

Al + H₂SO₄ (конц.) → Al₂(SO₄)₃ + H₂S↑ + H₂O (замість сірководню може утворитися сірка або сульфур(IV) оксид);

Al + HNO₃ (конц.) → Al(NO₃)₃ + NO₂↑ + H₂O.

Складіть схеми окиснення, відновлення і доберіть коефіцієнти.

Реакції з лугами. Алюміній перебуває в ряду активності зліва від водню, а оксид і гідроксид Алюмінію — амфотерні сполуки.

Сукупність цих чинників уможливлює взаємодію між металом і лугом:

2Al + 6NaOH = 2Na₃AlO₃ + 3H₂↑.

                                         натрій ортоалюмінат

Кислотний залишок у формулі солі відповідає амфотерному гідроксиду Al(OH)₃ як кислоті — H₃AlO₃.

Наведене рівняння описує реакцію алюмінію з твердим лугом при нагріванні або його розплавом, тобто за відсутності води. Якщо з металом взаємодіє луг у водному розчині, то утворюються розчинні алюмінати Na₃[Al(OH)₆] і Na[Al(OH)₄]:

2Al + 6NaOH (надлишок) + 6H₂O = 2Na₃[Al(OH)₆] + 3H₂↑;

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑.

Формули цих солей можна вивести, замінюючи кожний атом Оксигену у формулах Na₃AlO₃ і NaAlO₂ на дві гідроксогрупи.

Аналогічно відбуваються реакції з утворенням цинкатів Na₂ZnO₂, Na₂[Zn(OH)₄] та інших подібних солей, які походять від амфотерних гідроксидів як кислот.

Реакції із солями. Алюміній реагує з розчинами солей, «витісняючи» менш активні метали:

2Al + 3CuCl₂ = 3Cu + 2AlCl₃.

Застосування. Завдяки корозійній стійкості, міцності й легкості алюміній та його сплави використовують в авіаційній і космічній техніці, водному й наземному транспорті, будівництві, побуті.

Алюміній також використовують у металургії для добування хрому, мангану, кальцію, ванадію.

З алюмінію виробляють різноманітну тару, пакувальні матеріали (фольгу), «срібну» фарбу (дуже дрібний алюмінієвий порошок).

Хоча за електропровідністю алюміній поступається міді, проте значно легший і дешевший за неї. Тому його застосовують в електротехніці.

Оксид і гідроксид Алюмінію. Оксид Al₂O₃— біла тугоплавка речовина, яка не розчиняється у воді й не взаємодіє з нею. Тонка, прозора й міцна плівка цього оксиду завжди покриває метал алюміній.

Алюміній оксид утворює мінерал корунд. Його цінні різновиди — рубін (містить домішку хром(ІІІ) оксиду) і сапфір (містить домішки оксидів Феруму, Титану, Кобальту).

Оксид Al₂O₃ є амфотерним. Хімічна поведінка цього оксиду залежить від властивостей іншого реагенту. Сполука взаємодіє (як правило, при нагріванні) з кислотними та оснoвними оксидами, сильними кислотами, лугами.

Складіть рівняння реакції за участю алюміній оксиду, в якій ця сполука виявляє:

а) оснoвні властивості;

б) кислотні властивості.

Гідроксид Al(OH)₃ — біла, нерозчинна у воді сполука. Це — типовий амфотерний гідроксид. Він утворюється під час реакції між розчином солі Алюмінію і розрахованою кількістю розчину лугу або амоніаку. Сполука реагує за звичайних умов і з сильними кислотами, і з розчинами лугів.

При нагріванні алюміній гідроксид розкладається на відповідний оксид і воду.

Напишіть рівняння термічного розкладу алюміній гідроксиду.

Солі. Алюміній утворює солі двох типів. У сполуках AlCl₃, AlPO₄, Al₂(SO₄)₃ містяться катіони цього елемента, а в солях NaAlO₂, Ca₃(AlO₃)₂ він входить до складу аніонів кислотних залишків.

При охолодженні насичених розчинів хлориду, сульфату і нітрату Алюмінію або випаровуванні води з них виділяються безбарвні кристалогідрати AlCl₃•6H₂O, Al₂(SO₄)₃•18H₂O і Al(NO₃)₃•9H₂O.

Солі Алюмінію зазнають гідролізу.

Яким є середовище у водному розчині алюміній хлориду?

Застосування сполук Алюмінію. Кристалічний оксид Al₂O₃ (корунд) має високу твердість і слугує абразивним матеріалом, а у вигляді порошку є компонентом термостійкої кераміки. Хлорид AlCl₃ використовують як каталізатор у реакціях за участю органічних речовин, а сульфат Al₂(SO₄)₃ додають у природну воду для її очищення перед відстоюванням, фільтрацією

і спрямуванням у систему водопостачання.

Важливими для практики є алюмінати Кальцію. Разом із силікатами Кальцію вони входять до складу цементу. Цемент виробляють спіканням вапняку СаСО₃ із глиною Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O за температури 1500 °С. Приклади реакцій, що відбуваються при цьому:

CaCO₃ + Al₂O₃ = Ca(AlO₂)₂ + CO₂↑;

                                             кальцій метаалюмінат

3CaCO₃ + Al₂O₃ = Ca₃(AlO₃)₂ + 3CO₂↑.

                                               кальцій ортоалюмінат

Цікаво знати: аморфний алюміній оксид використовують як адсорбент у медицині; препарат має назву «алюмогель».

ВКИ

Алюміній — найпоширеніший металічний елемент у літосфері.

Алюміній — легкий, пластичний метал, що має високу електро- і теплопровідність. Він реагує з неметалами, кислотами, лугами, розчинами солей.

Оксид і гідроксид Алюмінію — білі, нерозчинні у воді речовини. Це — амфотерні сполуки, які взаємодіють із кислотними та основними оксидами, кислотами і лугами.

Алюміній утворює солі двох типів. Солі одного типу містять катіони цього елемента, а в інших солях (алюмінатах) він наявний в аніонах кислотних залишків.

Алюміній та його сплави використовують у техніці, будівництві, транспорті, побуті. Алюміній оксид слугує абразивним матеріалом, є компонентом термостійкої кераміки. Сполуки Алюмінію застосовують у хімічній промисловості, будівництві, для очищення води.