Глава IV. P-металлы. Алюминий
1. Алюминий - является р-металлом 3-го периода IIIA группы периодической системы. Его электронная формула 1s22s22p63s23p1. Во всех соединениях алюминий проявляет степень окисления только +3. Алюминий – активный Ме, хотя по восстановительным свойствам он уступает s-металлам. На воздухе алюминий устойчив, потому что покрыт тонким плотным слоем оксида Al2O3, предохраняющим его от дальнейшего воздействия кислорода и воды. При нагревании алюминий реагирует с галогенами, серой, азотом, углеродом:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 2Al + N2 = 2AlN
2Al + 3S = Al2S3 4Al + 3C = Al4C3
При нагревании мелкораздробленного алюминия на воздухе он сгорает ослепительно ярким пламенем, выделяя очень много теплоты: 2Al + 3O2 = Al2O3 + Q
Высокую восстановительную способность алюминия используют для получения Ме из их оксидов (алюминотермия):
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr + Q
8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe + Q
Алюминий активный восстановитель, но он реагирует с водой, кислотами и щелочами только после разрушения или растворения защитной оксидной пленки. Если под водой разрушить защитную пленку, то алюминий будет активно реагировать с водой:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑
Образующийся при этом рыхлый гидроксид алюминия не предохраняет металл от дальнейшего окисления.
При взаимодействии алюминия с кислотами и щелочами сначала растворяется защитная пленка оксида Al2O3, который проявляет амфотерные свойства:
Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 6NaOH + 3H2O = 2Na3[Al(OH)6]
После растворения оксидной пленки реагирует сам Ме:
2Al + 3H2SO4(разб.) = Al2(SO4)3 + 3H2↑
2Al + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2↑
В приведенных реакциях алюминий окисляется катионами Н+, входящими в состав кислоты и воды.
С концентрированными серной и азотной кислотами при комнатной температуре алюминий не реагирует из-за пассивации. При нагревании, от чего целостность оксидной пленки нарушается, алюминий реагирует с этими кислотами, но при этом получается не водород, а различные продукты восстановления атомов серы и азота этих кислот:
2Al0 + 4H2S+6O4(конц.) = Al2+3(SO4)3 + S0 + 4H2O
2Al0 – 6e = 2Al+3
S+6 + 6e = S0
Al0 + 4HN+5O3(конц.) = Al+3(NO3)3 + N+2O↑ + 2H2O
Al0 – 3e = Al+3
N+5 + 3e = N+2
2. Оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства, реагируют как с кислотами, так и со щелочами с образованием соли и воды и не взаимодействуют с водой:
Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3H+ = Al+3 + 3H2O
Al(OH)3 + 3NaOH = Na3[Al(OH)6]
Al(OH)3 + 3OH- [Al(OH)6]3-
Растворимые соли алюминия подвергаются гидролизу по катиону, так как ему соответствует слабое основание:
Al3+ + H2O ↔ (AlOH)2+ + H+
Al2(SO4)3 + 2H2O ↔ 2(AlOH)SO4 + H2SO4
Гидролиз солей алюминия со слабыми кислотами , такими как сероводородная или угольная, протекает как по катиону Al3+, так и по аниону S2- или CO32-, что приводит к полному гидролизу этих солей с образованием осадка Al(OH)3 и выделением газа (H2Sили CO2):
2Al3+ + 3S2- + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2S↑
2Al3+ + 3CO32- + 3H2O = 2Al(OH)3↓ + 3CO2↑
Тесты, задания и задачи для самоподготовки
Тесты (s- и p-металлы)
1. Какие свойства проявляют металлы (Ме) в химических реакциях?
А. отдают и принимают электроны Б. только отдают электроны
В. только принимают электроны Г. являются восстановителями
Д. являются окислителями
2. Какие свойства s-элементов IА группы сверху вниз по группе увеличиваются?
А. заряд ядра Б. радиус атома В. энергия ионизации
Г. восстановительная способность Д. электроотрицательность
3. Какие свойства проявляют гидроксиды s-металлов IА группы в водных растворах? Как изменяются свойства гидроксидов этих Ме по группе сверху вниз?
А. слабого основания Б. сильного основания В. амфотерного основания
Г. основные свойства возрастают Д. основные свойства уменьшаются
4. Как ведут себя соли щелочных Ме в водных растворах?
А. диссоциируют на ионы Б. образуют комплексные ионы
В. гидролизуются по катиону Г. гидролизуются по аниону слабой кислоты
Д. как правило, хорошо растворяются в воде
5. Укажите s-элемент, который может реагировать как с кислотами, так и со щелочами:
А. Cs Б. Mg В. Be Г. Li Д. Ba
6. Укажите продукты взаимодействия Be с избытком водного раствора: а) HCl, ,NaOH:
А. Be(OH)2 Б. O2 В. BeCl2 Г. Na2[Be(OH)4] Д. H2
7. Укажите, какие ионы присутствуют в водном растворе солей: а) MgSO4, б) CaCl2:
А. Mg2+ Б. Ca2+ В. (MgOH)+ Г.H+ Д. OH- Е. (CaOH)+
8. Укажите соединения, создающие жесткость воды: а) временную, б) постоянную:
А.MgSO4 Б. CaCl 2 В. Ca(HCO3)2 Г. NaHCO3 Д. K2SO4
9. Какое вещество применяют для устранения постоянной жесткости воды:
А. Na2SO4 Б. CaCl2 В. Ca(OH)2 Г. H2SO4 Д. Na2CO3
10. Выберите продукты взаимодействия оксида алюминия с избытком водного раствора: а) HCl, б) KOH:
А. AlCl3 Б. Al(OH)3 В. H2O Г. KAlO2 Д. K2[Al(OH)6]
11. Какая группа оксидов состоит только из амфотерных соединений?
А. K2O, BeO Б. MgO, BeO В. BeO, Al2O3 Г. CaO, Al2O3
12. Какое из указанных ниже соединений является наиболее сильным основанием?
А. KOH Б. Ca(OH)2 В. CsOH Г. Be(OH)2 Д. Al(OH)3
13. Какие из приведенных ниже соединений могут проявлять свойства не только основания, но и кислоты?
А. LiOH Б. Ba(OH)2 В. Al(OH)3 Г. Mg(OH)2 Д. Be(OH)2
14. Укажите, в каком направлении сместится равновесие гидролиза при добавлении сильной кислоты в растворы следующих солей:
а) CH3COONa; б) BeCl2 в) Al2(SO4)3
А. вправо Б. влево В. не смещается