Около 1000°С интенсивно взаимодействует со щелочами и карбонатами щелочных металлов с образованием алюминатов:
Другие формы Al2O3 более активны, могут реагировать с растворами кислот и щелочей, α-Al2O3 взаимодействует лишь с горячими концентрированными растворами:
Амфотерные свойства оксида алюминия проявляются при взаимодействии с кислотными и основными оксидами с образованием солей:
Оксид алюминия – природное соединение, может быть получен из бокситов или при термическом разложении гидроксидов алюминия:
Гидроксид алюминия Al(OH)3 – бесцветное твердое вещество, нерастворимое в воде, входит в состав многих бокситов. Существует в четырех полиморфных модификациях.
На холоде образуется α-Al(OH)3 – байерит, а при осаждении из горячего раствора γ-Al(OH)3 – гиббсит (гидаргилит), обе кристаллизуются в моноклинной сингонии, имеют слоистое строение, слои состоят из октаэдров [Al(OH)6], между слоями действует водородная связь. Существует также триклинный гиббсит γ’-Al(OH)3, триклинный нордстрандит β-Al(OH)3 и две модификации оксогидроксида AlOOH – орторомбические бемит и диаспор. Аморфный гидроксид алюминия имеет переменный состав Al2O3 · nH2O. При нагревании выше 180°С разлагается.
Алюминий и его соединения
Гидроксид алюминия – типичное амфотерное соединение, свежеполученный гидроксид растворяется в кислотах и щелочах:
При нагревании разлагается, процесс дегидратации довольно сложен и схематично может быть представлен следующим образом:
Образуется при действии водного раствора аммиака на растворы солей алюминия:
растворы щелочей не применяются, поскольку образующийся гидроксид алюминия в них хорошо растворяется.
Кристаллический гидроксид алюминия образуется при пропускании углекислого газа через щелочной раствор тетрагидроксодиакваалюмината натрия:
Алюминий используется для получения алюминиевых сплавов. Чистый алюминий – конструкционный материал в строительстве, применяется в электротехнике, является раскислителем чугуна и стали, восстановителем оксидов в производстве металлов методом алюмотермии. Применяется в качестве компонента твердых ракетных топлив, пиротехнических составов и взрывчатых веществ. В виде пудры и пасты применяется в качестве лакокрасочных материалов.
Оксид алюминия применяется в качестве огнеупорного и абразивного материала, для производства керамических резцов и электротехнической керамики. Монокристаллы используются в качестве лазерного материала, камней часовых механизмов и ювелирных камней. Алюмогель является адсорбентом при осушке газов и жидкостей, используется в хроматографии, применяется как носитель катализаторов.
Гидроксид алюминия используется при производстве соединений алюминия, компонент зубных паст, применяется в медицине.
9 класс § 18 «Алюминий и его соединения»
Хлорид алюминия применяется в качестве катализатора в органическом синтезе, для очистки сточных вод и обработки дерева.
Сульфат алюминия – коагулянт для обработки питьевых и промышленных вод, применяется при производстве бумаги и в текстильной промышленности.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия
Урок химии 13 — Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия.
В периодической таблице алюминий находится в третьем периоде, в главной подгруппе третьей группы. Заряд ядра +13. Электронное строение атома 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .
Наиболее характерная степень окисления атома алюминия +3. Отрицательная степень окисления проявляется редко. Во внешнем электронном слое атома существуют свободные d-подуровни. Благодаря этому его координационное число в соединениях может равняться не только 4 ([AlCl4] — , [AlH4] — , алюмосиликаты), но и 6 (Al2O3,[Al(OH2)6] 3+ ).
Алюминий — типичный амфотерный элемент. Для него характерны не только анионные, но и катионные комплексы. Так, в кислой среде существует катионный аквакомплекс [Al(OH2)6] 3+ , а в щелочной — анионный гидроксокомплекс [Al(OH)6] 3- .
В виде простого вещества алюминий — серебристо-белый, довольно твердый металл с плотностью 2,7 г/см 3 (т. пл. 660 о С, т. кип. ~2500 о С). Кристаллизуется в гранецентрированной кубической решетке. Характеризуется высокой тягучестью, теплопроводностью и электропроводностью (составляющей 0,6 электропроводности меди). С этим связано его использование в производстве электрических проводов.
При одинаковой электрической проводимости алюминиевый провод весит вдвое меньше медного.
На воздухе алюминий покрывается тончайшей (0,00001 мм), но очень плотной пленкой оксида, предохраняющей металл от дальнейшего окисления и придающей ему матовый вид. При обработке поверхности алюминия сильными окислителями (конц. HNO3, K2Cr2O7) или анодным окислением толщина защитной пленки возрастает. Устойчивость алюминия позволяет изготавливать из него химическую аппаратуру и емкости для хранения и транспортировки азотной кислоты.
Алюминий легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы. Алюминиевая фольга (толщиной0,005 мм) применяется в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.
Основную массу алюминия используют для получения различных сплавов, наряду с хорошими механическими качествами характеризующихся своей легкостью. Важнейшие из них — дюралюминий (94% Al, 4% Cu, по 0,5% Mg, Mn, Fe и Si), силумин (85 — 90% Al, 10 — 14% Si, 0,1% Na) и др. Алюминиевые сплавы применяются в ракетной технике, в авиа-, авто-, судо- и приборостроении, в производстве посуды и во многих других отраслях промышленности. По объему применения сплавы алюминия занимают второе место после стали и чугуна.
Алюминий, кроме того, применяется как легирующая добавка ко многим сплавам для придания им жаростойкости.
Химические свойства. Реагирует с неметаллами:
c оксидами металлов:
c водой (если удалить оксидную пленку):
c кислотами ( HCl и Н2SO4 пассивируется конц. HNO3 ):
Соединения алюминия.
Оксид алюминия представляет собой белую, очень тугоплавкую (т. пл. 2050 о С) и нерастворимую в воде массу. Природный Al2O3 (минерал корунд), а также полученный искусственно и затем сильно прокаленный отличается большой твердостью и нерастворимостью в кислотах. В растворимое состояние Al2O3 (т. н. глинозем) можно перевести сплавлением со щелочами.
Ввиду нерастворимости Al2O3 в воде, отвечающий этому оксиду гидроксид Al(OH)3 может быть получен лишь косвенным путем из солей. Получение гидроксида можно представить в виде следующей схемы. При действии щелочей ионами OH — постепенно замещаются в аквокомплексах [Al(OH2)6] 3+ молекулы воды:
Al(OH)3 представляет собой объемистый студенистый осадок белого цвета, практически нерастворимый в воде, но легко растворяющийся в кислотах и сильных щелочах. Он имеет, следовательно, амфотерный характер. Однако и основные и особенно кислотные его свойства выражены довольно слабо. В избытке NH4OH гидроксид алюминия нерастворим. Одна из форм дегидратированного гидроксида — алюмогель используется в технике в качестве адсорбента.
При взаимодействии с сильными щелочами образуются соответствующие алюминаты:
Алюминаты наиболее активных одновалентных металлов в воде хорошо растворимы, но ввиду сильного гидролиза растворы их устойчивы лишь при наличии достаточного избытка щелочи. Алюминаты, производящиеся от более слабых оснований, гидролизованы в растворе практически нацело и поэтому могут быть получены только сухим путем (сплавлением Al2O3 с оксидами соответствующих металлов).
С кислотами Al(OH)3 образует соли. Производные большинства сильных кислот хорошо растворимы в воде, но довольно значительно гидролизованы, и поэтому растворы их показывают кислую реакцию. Еще сильнее гидролизованы растворимые соли алюминия из слабых кислот. Вследствие гидролиза сульфид, карбонат, цианид и некоторые другие соли алюминия из водных растворов получить не удается.
Галогениды алюминия в обычных условиях — бесцветные кристаллические вещества. В ряду галогенидов алюминия AlF3 сильно отличается по свойствам от своих аналогов. Он тугоплавок, мало растворяется в воде, химически неактивен. Основной способ получения AlF3 основан на действии безводного HF на Al2O3 или Al:
Соединения алюминия с хлором, бромом и иодом легкоплавки, весьма реакционноспособны и хорошо растворимы не только в воде, но и во многих органических растворителях. Взаимодействие галогенидов алюминия с водой сопровождается значительным выделением теплоты. В водном растворе все они сильно гидролизованы, но в отличие от типичных кислотных галогенидов неметаллов их гидролиз неполный и обратимый. Будучи заметно летучими уже при обычных условиях, AlCl3, AlBr3 и AlI3 дымят во влажном воздухе (вследствие гидролиза). Они могут быть получены прямым взаимодействием простых веществ.
Сульфат алюминия Al2(SO4)3 . 18H2O получается при действии горячей серной кислоты на оксид алюминия или на каолин. Применяется для очистки воды, а также при приготовлении некоторых сортов бумаги.
Алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2 . 12H2O применяются в больших количествах для дубления кож, а также в красильном деле в качестве протравы для хлопчатобумажных тканей. В последнем случае действие квасцов основано на том, что образующиеся вследствие их гидролиза гидроксид алюминия отлагается в волокнах ткани в мелкодисперсном состоянии и, адсордбируя краситель, прочно удерживает его на волокне.
Из остальных производных алюминия следует упомянуть его ацетат (иначе — уксуснокислую соль) Al(CH3COO)3, используемый при крашении тканей (в качестве протравы) и в медицине (примочки и компрессы). Нитрат алюминия легко растворим в воде. Фосфат алюминия нерастворим в воде и уксусной кислоте, но растворим в сильных кислотах и щелочах.
Это был урок химии 13 — Алюминий и его соединения. Свойства и применение алюминия.
Источник: sovety-tut.ru
Соединения алюминия, их свойства и применение
7) Соединения алюминия, их свойства и применение.
Особенности строения атомов
Особенностью строения всех элементов третьей главной подгруппы является одинаковая электронная конфигурация внешнего электронного слоя ns 2 p 1 . Поэтому высшая степень окисления для них будет +3. В этой подгруппе, как и в других, свойства первого элемента (бора) сильно отличаются от свойств других элементов. Остальные элементы относятся к металлам, имеют невысокую энергию ионизации и невысокую ЭО. Металлические свойства в подгруппе усиливаются. Мы будем рассматривать свойства только алюминия, как типичного представителя р-металлов.
Особенности физических свойств
Алюминий в свободном виде – серебристо-белый металл, очень легкий (2,7 г/см 3 ), легкоплавкий (660 С 0 ). Он обладает высокой тепло- и электропроводностью (уступает только меди, золоту и серебру). Алюминий хорошо поддается механической обработке, он ковкий и пластичный, его можно прокатывать в тонкую фольгу и проволоку. Это немагнитный материал.
Особенности химических свойств
Алюминий активный металл, а значит, он должен активно окисляться на воздухе и в воде. Но поверхность алюминия обычно покрыта очень тонкой и очень прочной пленкой оксида алюминия, которая и предохраняет его от взаимодействия с окружающей средой. Если эту пленку удалить (например, покрыть алюминий слоем ртути), алюминий будет активно взаимодействовать с водой:
Окисление алюминия кислородом в виде мелких стружек, фольги или порошка проходит с выделением большого количества энергии (ослепительно белое пламя)
Алюминий при н.у. может взаимодействовать с галогенами, а при нагревании с серой, фосфором, азотом, углеродом.
Алюминий легко растворяется в соляной кислоте любой концентрации, и в разбавленной серной. Концентрированная серная и азотная кислоты на холоду не действуют на алюминий. Происходит пассивация металла – образование тонкой защитной пленки из оксида. При нагревании алюминий в концентрированных кислотах- окислителях растворяется, но образуются не водород, а другие продукты восстановления.
Алюминий амфотерный металл, он растворяется не только в кислотах, но и в щелочах.
Итак, алюминий активный восстановитель, амфотерный металл. Но от воздействия окружающей среды его предохраняет прочная оксидная пленка.
Нахождение в природе
Алюминий – самый распространенный металл на Земле(8% по массе) Из-за высокого сродства к кислороду в свободном виде не встречается, он входит в состав глинозема (Al2O3), бокситов(Al2O3 ∙H2O), нефелина (смесь силикатов и алюминатов щелочных металлов и аммония), криолита (Na3[AlF6]). Монокристаллы Al2O3 называют корундом, по твердости эти прозрачные кристаллы сравнимы с алмазом, примеси оксида хрома (III) превращают его в рубин, а примесь оксида железа (III) – в сапфир. Кроме того, алюминий входит в состав глин и полевых шпатов.
Роль алюминия в организме и применение в медицине.
Содержание алюминия в организме- 10 -5 %, следовательно, это микроэлемент. Алюминий, в основном, содержится в сыворотке крови, лёгких, печени, почках; входит в структуру оболочек нервных клеток головного мозга. Он участвует в построении эпителиальной и соединительной тканей, в процессе регенерации костей, в обмене фосфора. Алюминий используется в медицине в виде сульфата алюминия и квасцов, которые обладает вяжущим, противовоспалительным, кровоостанавливающим и противомикробным действием; при малых концентрациях он повышает активность амилазы, при высоких – дезактивирует её. Порошок Al2O3 или гель используют как адсорбент.
Получение
Алюминий получают электролизомAl2O3 (бокситов, глинозема), растворенного в расплаве криолита. Криолит понижает температуру плавления смеси приблизительно до 1000 . Катодом является графитовое дно ванны электролизера, там собирается восстановленный расплавленный алюминий. Анод тоже из графита, на нем образу ется кислород, поэтому возможно окисление им графита, т.е. образование СО2.
Применение алюминия
Металлический алюминий применяют в виде сплавов с медью (дюраль, алюминиевая бронза) и кремнием (силумин). Эти сплавы широко используют в электротехнике, машиностроении, приборостроении, пищево й промышленности (упаковочный материал, посуда).
Используют также алюминиевые покрытия на металлах и неметаллах, при этом на алюминии создают тонкую пленку оксида. Используют для пиротехнических смесей (термитная сварка). Используют как наполнитель для краски (серебрин). Как активный металл алюминий используют в качестве восстановителя в металлургии (алюминотермия) для получения хрома, марганца.
Соединения алюминия, их свойства и применение
Al2O3- белый порошок или бесцветные кристаллы, очень тугоплавкий (2072 ), по твердости сравним с алмазом. Применяют термоустойчивую керамику (тигли, кирпичи…), искуственно полученные кристаллы корунда используют для производства шлифовальной бумаги (наждак), для изготовления деталей точных приборов (весы, часы). По химическим свойствам это амфотерный оксид.
Al(OH)3- белое твердое вещество, нерастворимое в воде. Свежеполученный он выглядит как студень белого цвета. Получают его из солей:
Гидроксид алюминия имеет амфотерные свойства:
Эту последнюю реакцию используют как качественную, т.е. при действии щелочи на раствор, содержащий ионы алюминия выпадает белый студенистый осадок, который растворяется в избытке щелочи.
Соли алюминия в растворах подвергаются гидролизу, т.е. разлагаются водой. Особенно если это соли слабых кислот. Используют: хлорид алюминия – как катализатор в органическом синтезе; сульфат алюминия – для очистки воды при производстве бумаги; алюминиевые квасцы (КAl(SO4)2∙ 12H2O) – в медицине и косметологии (см. выше), для дубления кожи, как протрава при крашении х/б тканей; для производства красителей (ультрамарин).
Упражнения.
Упр.№1 В двух пробирках находятся хлориды алюминия и магния. Как с помощью одного реактива определить в какой пробирке находится хлорид алюминия?
Упр.№2 Поясните, почему алюминий проявляет степень окисления равную +3?
Упр.№3 Как получить хлорид алюминия 4 разными способами? Запишите уравнения реакций.
Упр.№4 С помощью каких реакций можно осуществить превращение.Записать уравнения. Какие из них относятся к ОВР?
Упр.№5 Почему бытовые изделия из алюминия служат очень долго и не подвергаются коррозии?
Упр.№6 Почему алюминий широко используют в электротехнике?
Упр.№7 Почему сосед алюминия бор — неметалл, а у самого алюминия преобладают металлические свойства?
Упр.№8 Почему проволока из алюминия не горит, а фольга горит?
Упр.№9 Почему в алюминиевой кастрюле нельзя хранить борщ?
Упр.№10 Почему навигационное оборудование изготавливают из алюминия?
Тесты. Алюминий.
| № | вопрос | А | Б | В | Г |
| Самым распространенным металлом в земной коре является | титан | барий | железо | алюминий | |
| Алюминий получают в промышленности | алюминотермией | электролизом расплава оксида | электролизом раствора солей | восстановлением с помощью водорода | |
| Кристаллическая решетка алюминия | атомная | молекулярная | ионная | металлическая | |
| Какое соединение имеет амфотерные свойства | Гидроксид натрия | Гидроксид магния | Гидроксид алюминия | Гидроксид кальция | |
| У атомов этого металла на внешнем слое три электрона и во всех своих соединениях он проявляет степень окисления +3. | железо | магний | натрий | алюминий | |
| Напишите реакцию взаимодействия алюминия с кислородом. Коэффициент перед окислителем равен | |||||
| Гидроксид алюминия можно получить при взаимодействии | Al2O3 c NaOH | AlCl3 c NaOH | AlCl3 c Fe(OH)3 | Al c водой | |
| Алюминий получают из | пирита | гематита | боксита | сильвинита | |
| алюминий | С водой не взаимодействует | В воде растворяется после удаления оксидной пленки | В воде растворяется при обычных условиях | Взаимодействует с водой в присутствии катализатора | |
| В реакции взаимодействия оксида алюминия с азотной кислотой сумма коэффициентов в уравнении равна | |||||
| В реакции взаимодействия алюминия с оксидом меди(П) | алюминий принимает три электрона | алюминий теряет три электрона | теряет один электрон | не меняет свою степень окисления | |
| Качественной реакцией на ион алюминия является реакция с | Гидроксидом натрия | Нитратом серебра | Хлоридом бария | индикатором | |
| Алюминий в организме | Входит в состав ферментов | Определяет осмотическое давление | Входит в состав костей | Входит в состав белка | |
| Алюминий | Очень легкий | Хорошо проводит ток | Хорошо проводит тепло | Все верно | |
| Алюминий получают | электролизом | Восстановлением с помощью водорода | Восстановлением с помощью кокса | При разложении известняка |
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
Источник: stydopedia.ru