Дослід 1. Одержання гідроксиду алюмінію та дослідження

Його властивостей

Наливають у пробірку розчин солі алюмінію і приливають краплинами розчин гідроксиду натрію до утворення осаду. Складають рівняння реакції

Дослід 2. Гідроліз солі алюмінію

Випробують розчин сульфату алюмінію універсальним лакмусовим папером.

Складіть рівняння реакції гідролізу. Яке буде середовище (рН>7, рН<7, рН = 7) ?

Поясніть.

Дослід 3. Взаємодія алюмінію з лугами

У пробірку насипають трохи ошурків алюмінію і доливають 30% розчин гідроксиду натрію. Доводять дослідним шляхом, що газ, який виділяється, – водень. Складають рівняння реакцій в молекулярному та іонному вигляді, враховуючи, що в реакції бере участь вода. Назвіть отриману сполуку.

Дослід 4. Взаємодія алюмінію з водою

Кладуть у пробірку трохи ошурків алюмінію і додають 3-5 мл води. Чому не відбувається реакція? Пояснюють. Потім кип’ятять вміст пробірки, додавши 2-3 мл розбавленого розчину лугу. Зливають рідину, кілька разів промивають ошурки водою длявидалення лугу і залишають їх по­стояти у воді. Через деякий час спостерігають виділення бульбашок газу. Який газ виділяється? Записати рівняння реакцій в молекулярному та іонному вигляді.

Дослід 5. Взаємодія алюмінію з кислотами

В дві пробірки кладуть трохи ошурків алюмінію і доливають в одну пробірку 2н. розчин HCl, а в другу 2 н. розчин H₂SO₄. Порівнюють активність взаємодії алюмінію з HCl і H₂SO₄, потім пробірки підігрі­вають. Що спостерігається? Складають рівняння реакцій.

МЕТОДИЧНІ ПОРАДИ

Вперше алюміній отримав хімічним методом німецький хімік
Ф. Велер у 1821 р. (відновленням хлориду алюмінію металічним калієм при нагріванні).

У 1886 році американський хімік Ц. Холл запропонував новий спосіб добування алюмінію методом електролізу Al₂O₃, розчиненого в розплавленому кріоліті Na₃AlF₆. Цей метод принципово залишається до цього часу. Для зниження температури плавлення тепер додають CaF₂ .

Основним сировинним матеріалом для отримання алюмінію є боксит Al₂O₃∙ хН₂О.

Першим етапом переробки руди є очищення її від домішок, якими можуть бути сполуки силіцію, феруму, вапняк, глина та ін.

Другий етап – повне видалення води. Електроліз водних розчинів сполук алюмінію неможливий, тому що іон Al³⁺ більш активний, ніж іон Н₃О⁺, і на катоді буде відновлюватись водень.

Процеси, які проходять при електролізі розплаву Al₂O₃, відбуваються таким чином: на катоді виділяється алюміній Al³⁺ + 3 e^- = Al , а на катоді відбувається окиснення алюмінат-іона AlO₃ ^3-: 2AlO₃ ^3- – 6 e^- = O₂ + +Al₂O₃. Алюмінат-іон утворюється при термічній дисоціації оксиду алюмінію:

Al₂O₃ = Al³⁺ + AlO₃^3-

В усіх своїх сполуках алюміній має ступінь окиснення, що дорівнює +3. Він є сильним відновником. Алюміній легко з’єднується з оксигеном вже при звичайній температурі.

Незважаючи на те, що алюміній відноситься до активних металів (знаходиться між магнієм і цинком), він стійкий на повітрі, у холодній і гарячій воді, концентрованих сульфатній і нітратній кислотах. Пояснюється це тим, що на поверхні алюмінію утворюється міцна щільна оксидна плівка Al₂O₃, яка захищає його від руйнування.

Якщо оксидну плівку зняти, очищений алюміній буде реагувати з водою: Al + 6H₂O = Al(OH)₃ + 3H₂

При взаємодії алюмінію з хлорогідрогенною і розбавленою сульфатною кислотами утворюються відповідні солі і відновлюється водень:

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

2Al + 3H₂SO₄= Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

На холоді концентровані сульфатна і нітратна кислоти пасивують алюміній, і тому їх можна транспортувати у ємкостях із цього металу.

Концентровані, але гарячі кислоти H₂SO₄ i HNO₃ взаємодіють з алюмінієм, наприклад:

Al + 6HNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Алюміній добре реагує з розчинами лугів і при цьому утворює алюмінати:

Al + NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂

З цієї причини алюмінієва арматура руйнувалась би в умовах лужного середовища силікатного цементу.

Алюмотермією називають процес відновлення металів із їх оксидів за допомогою металічного алюмінію:

Cr₂O₃ + 2Al = 2Cr + Al₂O₃

3Mn₃O₄ + 8Al = 9 Mn + 4 Al₂O₃

Тонкоподрібнена суміш алюмінію і оксиду заліза має назву терміт (25% Fe₃O₄ і 75% Al). Використовується для зварювання деталей із металів. При горінні терміту розвивається температура до 3500^оС за рахунок наступної реакції: 3Fe₃O₄ + 8Al = 4Al₂O₃ + 9 Fe

Алюміній легко реагує з галогенами: 2Al + 3Cl₂ = 2AlСl₃

При високій температурі алюміній взаємодіє з сульфуром, нітрогеном, карбоном і створює сульфід Al₂S₃, нітрид AlN, карбід Al₄C₃ (останній при реакції з водою утворює газ метан).

Практичне призначення має оксид алюмінію Al₂O₃. Оксид алюмінію зустрічається в природі у вигляді корунду, сапфіра, рубіна, аметисту (останні три сполуки – дорогоцінне каміння).

Сіль AlCl₃ використовують як каталізатор при переробці нафти;
Al₂ (SO₄)₃ – для очищення води.

У медицині і легкій промисловості використовують подвійні солі алюмінію – галун:

KAl(SO₄)₃ ∙ 12H₂O; NaAl(SO₄)₂ ∙ 12H₂O; NH₄Al(SO₄)₃ ∙ 12H₂O.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 11

СИЛІЦІЙ ТА ЙОГО СПОЛУКИ

Запитання і задачі :

1. Як отримують силіцій?

2. З якими з наведених речовин може взаємодіяти кремнезем (SiO₂): HCl, HF, HNO₃, H₂SO₄, NaOH, Na₂CO₃? Скласти рівняння відповідних реакцій.

3. Які солі силікатної кислоти розчинні у воді? Як можна їх одержати? Де їх застосовують?

4. Що таке кварцеве скло? Які його властивості, де його застосовують?

5. Що є сировиною для одержання віконногого скла? Який приблизний склад віконного скла?

6. Що таке силіційорганічнісполуки, які їх властивості, де їх застосовують?

7. Скільки необхідно взяти кремнезему SiO₂ і кальцинованої соди Na₂CO₃ для того, щоб отримати 200 кг рідкого скла Na₂SiO₃?

Проведення дослідів