Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Химические свойства алюминия и основные реакции

Химические свойства алюминия и основные реакции

Алюминий впервые получен химическим путем немецким химиком Ф. Велером в 1827 г., а в 1856 г. французский химик Сен-Клер Девиль выделил его электрохимическим методом.
Алюминий является самым распространенным в природе металлом. Содержание его в земной коре составляет 7,45% (по массе). Важнейшие природные соединения алюминия — алюмосиликаты, боксит, корунд и криолит.
Алюмосиликаты составляют основную массу земной коры. Продукт их выветривания — глина и полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит). Основной состав глин (каолин) соответствует формуле Аl2O3•2SiO2•2Н2O.
Боксит — горная порода, из которой получают алюминий. Состоит главным образом из гидратов оксида алюминия Аl2O3•nН2O .

Физические свойства

Физические свойства алюминия хорошо изучены. Это — серебристо-белый легкий металл, плавящийся при 660°С. Он очень пластичен, легко вытягивается в проволоку и раскатывается в листы. Из алюминия можно изготовить фольгу толщиной менее 0,01мм. Алюминий обладает очень большой тепло- и электропроводностью. Сплавы алюминия с различными металлами обладают большой прочностью и легкостью.

Химические свойства

Алюминий очень активный металл. В ряду напряжений он стоит после щелочных и щелочноземельных металлов. Однако на воздухе он довольно устойчив, так как его поверхность покрывается очень плотной пленкой оксида, предохраняющей его от дальнейшего контакта с воздухом. Если с алюминиевой проволоки снять защитную оксидную пленку, то алюминий начнет энергично взаимодействовать с кислородом и водяными парами воздуха, превращаясь в рыхлую массу гидроксида алюминия. Эта реакция сопровождается выделением тепла. Очищенный от защитной оксидной пленки алюминий взаимодействует с водой с выделением водорода:

Алюминий хорошо растворим в разбавленных серной и соляной кислотах:

Разбавленная азотная кислота на холоду пассивирует алюминий, но при нагревании алюминий растворяется в ней с выделением монооксида азота, гемиоксида азота, свободного азота или аммиака, например:

Концентрированная азотная кислота пассивирует алюминий.
Так как оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, то алюминий легко растворяется в водных растворах всех щелочей, кроме гидроксида аммония:

Порошкообразный алюминий легко взаимодействует с галогенами, кислородом и всеми неметаллами. Для начала реакций необходимо нагревание. В дальнейшем реакции протекают очень интенсивно и сопровождаются выделением большого количества тепла:

Сульфид алюминия может существовать только в твердом виде. В водных растворах он подвергается полному гидролизу с образованием гидроксида алюминия и сероводорода:

Алюминий легко отнимает кислород и галогены у оксидов и солей других металлов. Реакция сопровождается выделением большого количества тепла:

Процесс восстановления металлов из их оксидов алюминием называется алюмотермией. Алюмотермией пользуются при получении некоторых редких металлов, которые образуют прочную связь с кислородом (ниобий, тантал, молибден, вольфрам и др.).
Смесь мелкого порошка алюминия и магнитного железняка называется термитом. После поджигания термита с помощью специального запала реакция протекает самопроизвольно и температура смеси повышается до 3500°С. Железо при такой температуре находится в расплавленном состоянии. Эту реакцию используют для сваривания рельсов.

Получение

Впервые алюминий был получен восстановлением хлорида алюминия металлическим натрием:

В настоящее время его получают электролизом расплавленных солей. В качестве электролита служит расплав, содержащий 85— 90% комплексной соли 3NaF • A1F3 (или Na3AlFe) — криолита и 10–15% оксида алюминия Al2O3 — глинозема. Такая смесь плавится при температуре около 1000°С. При растворении в расплавленном криолите глинозем ведет себя как соль алюминия и алюминиевой кислоты и диссоциирует на катионы алюминия и анионы кислотного остатка алюминиевой кислоты:

Читайте так же:
Рейсмус своими руками видео чертежи

При пропускании электрического тока катионы алюминия и натрия движутся к катоду — графитовому корпусу ванны, покрытому на дне слоем расплавленного алюминия, получаемого в процессе электролиза. Так как алюминий менее активен, чем натрий, то он восстанавливается в первую очередь. Восстановленный алюминий в расплавленном состоянии собирается на дне ванны, откуда его периодически выводят.
Анионы AlO3 3− и A1F6 3− движутся к аноду — графитовым стержням или болванкам. На аноде в первую очередь разряжается анион AlO3 3− :

Оксид алюминия вновь диссоциирует, и процесс повторяется. Расход глинозема все время восполняется. Количество криолита практически не меняется. Незначительные потери криолита происходят вследствие образования на аноде тетрафторида углерода CF4 . Электролитическое производство алюминия требует больших затрат электроэнергии (на получение 1 т алюминия расходуется около 20 тыс. квт • ч электроэнергии), поэтому алюминиевые заводы строят вблизи электростанций.

Применение

Алюминий находит самое широкое применение. Он используется в электротехнике, его сплавы, отличаясь большой легкостью и прочностью, применяются в самолето- и машиностроении, он все больше вытесняет стали в производстве теплообменных аппаратов, из него изготовляют фольгу, применяемую в радиотехнике и для упаковки пищевых продуктов. Алюминием покрывают стальные и чугунные изделия в целях предохранения их от коррозии: изделия нагревают до 1000° С в смеси алюминиевого порошка (49%), оксида алюминия (49%) и хлорида аммония (2%). Этот процесс называется алитированием. Алитированные изделия выдерживают нагревание°С, не подвергаясь коррозии.

Оксид алюминия Al2O3

Представляет собой белое вещество, обладающее высокой температурой плавления (2050°С). В природе оксид алюминия встречается в виде корунда и глинозема. Иногда встречаются прозрачные кристаллы корунда красивой формы и окраски. Корунд, окрашенный соединениями хрома в красный цвет, называют рубином, а окрашенный соединениями титана и железа в синий цвет — сапфиром. Рубин и сапфир являются драгоценными
камнями. В настоящее время их довольно легко получают искусственно.
Оксид алюминия обладает амфотерными свойствами, но он не растворяется в воде, кислотах и щелочах. При кипячении оксида алюминия в концентрированном растворе щелочи он частично переходит в раствор. Оксид алюминия переводят в растворимое состояние сплавлением со щелочами или с пиросульфатом калия:

Полученные сплавы растворяются в воде. При сплавлении оксида алюминия с поташом или содой образуются алюминаты, которые легко растворяются в воде:

Природный корунд — очень твердое вещество. Он применяется для изготовления наждачных кругов и шлифовальных порошков. Рубин используют для изготовления втулок часовых и других точных механизмов.
Глинозем используется как сырье для получения алюминия. Обезвоженный оксид алюминия применяется как адсорбент при очистке и разделении органических веществ методом хроматографии.

Гидроксид алюминия Al (ОН)3

Представляет собой белое вещество, которое при нагревании теряет воду, превращаясь оксид алюминия. Гидроксид алюминия обладает амфотерными свойствами. Свежеосажденный гидроксид легко растворяется в кислотах и щелочах (кроме гидроксида аммония):

Гидроксид алюминия является слабым основанием и еще более слабой кислотой, поэтому соли алюминия находятся в растворе только в присутствии избытка кислоты, а алюминаты — только в присутствии избытка щелочи. При разбавлении растворов водой эти соединения сильно гидролизуют.
Высушенный гидроксид алюминия теряет часть воды, не растворяется ни в кислотах, ни в щелочах и этим напоминает оксид алюминия.
Гидроксид алюминия обладает свойством поглощать различные вещества, поэтому его применяют при очистке воды.

Читайте так же:
Насадки для полировальной машины

Алюминий, его физические и химические свойства

Цель урока: изучение строения атома алюминия, его химических свойств, выявление взаимосвязи между физическими свойствами и областями использования данного металла, выяснение способа его получения на основе имеющихся у учащихся знаний.

Тип урока: изучение нового материала.

Вид урока: лабораторный.

Оборудование: алюминий металлический, сера, йод, растворы кислот и щелочей, образцы природных соединений и сплавов алюминия, штатив с пробирками, колбы, спиртовка, бенгальские свечи, кусок алюминиевого провода, наждачная бумага, фольга.

Средства обучения: Габриелян О.С. Химия 9 класс. Учебник , М.: Дрофа, 2011.; мультимедийная презентация (Приложение 1); “Мультимедийное приложение. Виртуальная лаборатория.”; рабочая карточка учащегося (Приложение2).

Ход урока

Но прежде чем начать работу, мы проверим домашнее задание.

Откройте тетради с домашним заданием.

На дом вам задавали параграф 12, упр 2 а и б.

3. Император Наполеон III на банкете велел подать для почтенных гостей приборы из очень дорогого серебристо-белого металла. А всем прочим было обидно до слёз: им пришлось пользоваться золотой и серебряной посудой. Из чего были изготовлены вилки? (Из алюминия). Слайд №3.

Правильно, тема урока “Алюминий”

Мы сегодня познакомимся с алюминием, историей открытия (слайд № 5), его физическими, химическими свойствами.

4.Физические свойства алюминия.

“Существует только один заменитель воображения – опыт”. Д. Берджес

Лабораторная работа по теме: “Физические свойства алюминия”.

Работу выполняют в парах. Работают по инструктивным карточкам.

Изучение алюминия начинаем с определения его физических свойств.

Цель исследовательской работы: изучить физические свойства алюминия, выявить закономерности между свойствами и областями применения данного металла.

Инструктивная карта.

Изучите физические свойства по плану:

  1. Определите агрегатное состояние вещества при н. у.
  2. Определите цвет вещества, обладает ли оно металлическим блеском?
  3. Определите плотность по справочным таблицам и сделайте вывод: является ли алюминий лёгким или тяжёлым?
  4. Определите пластичность.
  5. Является ли проводником тока?
  6. Обладает ли ковкостью?
  7. Определить: тугоплавкий или легкоплавкий.

Выявите закономерности между свойствами и областями применения данного металла.

Результат исследований поместите в таблицу.

Физическое свойствоОбласть применения
ЛёгкийСамолётостроение
ПластичныйКухонная посуда
Хороший проводник электрического токаЭлектрические провода
КовкийФольга для пищевых продуктов

Учащиеся рассматривают металлический алюминий и характеризуют его физические свойства: белый, лёгкий, пластичный, хороший проводник электрического тока, = 2,702 г/см 3 , tплавл = 660 0 С. Следовательно, этот металл тугоплавкий или легкоплавкий?

Ответ – легкоплавкий. Ковкий, он легко вытягивается в тончайшую проволоку и прокатывается в тонкие листы. Демонстрирую фольгу для пищевых продуктов.

Т.о. мы видим, что алюминий используется во многих областях народного хозяйства. Слайд № 7

И изделия из алюминия производят в Хабаровском крае на заводе строительных алюминиевых конструкций.

5. Строение и свойства атома алюминия.

Учащиеся характеризуют положение элемента в ПСХЭ, составляют электронную формулу, дают общую характеристику элемента. (Протонов 13, электронов 13, нейтронов 14, электронных слоёв 3, число электронов на внешнем уровне 3). Слайд № 9, 10.

Следовательно, алюминий с лёгкостью отдаёт 3 электрона, проявляя при этом постоянную ст. ок. +3. Алюминий сильный восстановитель. Легко окисляется.

6. Хим. свойства Al.

Какую информацию о свойствах металлов можно получить на основании их положения в электрохимическом ряду напряжений металлов?

Металлы в нём расположены в порядке убывания восстановительных свойств при реакциях в водных растворах в стандартных условиях. Металлы, стоящие до Al, взаимодействуют с водой с образованием щелочей. Они очень активны.

Читайте так же:
Самая лучшая марка стали для ножа

Al – единственный активный металл, который используется в быту в чистом виде, т. к. он покрыт тонкой оксидной плёнкой очень прочной. Используется как абразивный материал.

План рассмотрения хим. свойств алюминия:

  1. взаимодействие с неметаллами (кислородом, бромом, йодом, серой, углеродом, азотом.) Демонстрирует учитель.

(Демонстрация горения бенгальской свечи)

А сейчас мы посмотрим опыт. Виртуальная лаборатория.

С помощью самостоятельных исследований вы должны ответить на вопрос: является алюминий амфотерным металлом?

Обучающиеся делятся на группы и проводят исследования.

Лабораторная работа: “Химические свойства алюминия”.

Работу можно выполнять парами, можно индивидуально. Это зависит от обеспеченности кабинета оборудованием и реактивами. Проводится инструктаж по правилам безопасного проведения эксперимента:

  • работа с кислотами и щелочами,
  • нагревание веществ,
  • чистота и порядок на рабочем месте,
  • внимательность.

1. Возьмите две пробирки. В каждую положите по кусочку алюминия. Прилейте в одну из них

1-2 мл раствора соляной кислоты, а в другую столько же раствора серной кислоты. Что наблюдаете? Пробирки слегка нагрейте. Запишите уравнения соответствующих реакций.

2. Кусочек алюминия поместите в пробирку. Прилейте 1,5 мл концентрированной серной кислоты. Что наблюдаете? Запишите уравнение реакции.

3. В пробирку поместите кусочек алюминия и прилейте раствор щёлочи. Содержимое пробирки нагрейте. Что происходит? Запишите уравнение реакции.

4. Результаты проделанной работы оформите в таблицу:

На доске записываются уравнения реакций.

Вывод: алюминий амфотерный, т. к. реагирует и с кислотами и со щелочами.

Слайд № 16, 17, 18.

  • обязательное: прочитать §13, задание № 1 на стр. 75;
  • дополнительное:задание № 2 на стр. 75;
  • творческое:создать презентацию на тему “Алюминий”.
  • Слайд №19

Сейчас прозвенит долгожданный звонок.
Увы, но к концу подошел наш урок.
Прошу, уберите рабочее место.
Давайте без слов, и пожалуй, без жестов.
А я благодарность вам всем объявляю,
Проверив работы, в журнал выставляю
Отметки все ваши, надеюсь привычно
Что будут они “хорошо” и “отлично”
Большое спасибо я вам говорю
Мы цели достигли. Благодарю!

Алюминий

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре. Свойства алюминия позволяют активно применять в составе металлоконструкций: он легкий, мягкий, поддается штамповке, обладает высокой антикоррозийной устойчивостью.

Для алюминия характерна высокая химическая активность, отличается также высокой электро- и теплопроводностью.

Алюминий

Основное и возбужденное состояние

При переходе атома алюминия в возбужденное состояние 2 электрона s-подуровня распариваются, и один электрон переходит на p-подуровень.

Основное и возбужденное состояние атома

Природные соединения
  • Al2O3 — корунд
  • 3BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл (аквамарин — примесь Fe и изумруд — примесь Cr2O3)
  • Al2O3*Cr2O3 — красный рубин
  • Al2O3 с примесью Fe +2 /Fe +3 /Ti
  • Al2O3*H2O — боксит

Корунд, изумруд, аквамарин и боксит

Получение

Алюминий получают путем электролиза расплава Al2O3 в криолите (Na3[AlF6]). Галлий, индий и таллий получают схожим образом — методом электролиза их оксидов и солей.

Химические свойства
  • Реакции с неметаллами

При комнатной температуре реагирует с галогенами (кроме фтора) и кислородом, покрываясь при этом оксидной пленкой.

Al + Br2 → AlBr3 (бромид алюминия)

При нагревании алюминий вступает в реакции с фтором, серой, азотом и углеродом.

Al + F2 → (t) AlF3 (фторид алюминия)

Al + S → (t) Al2S3 (сульфид алюминия)

Al + N2 → (t) AlN (нитрид алюминия)

Al + C → (t) Al4C3 (карбид алюминия)

Карбид алюминия

Алюминий проявляет амфотерные свойства (греч. ἀμφότεροι — двойственный), вступает в реакции как с кислотами, так и с основаниями.

Al + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоалюминат натрия; поскольку алюминий дан в чистом виде — выделяется водород)

При прокаливании комплексные соли не образуются, так вода испаряется — вместо них образуются (в рамках ЕГЭ) средние соли — алюминаты (академически — сложные окиселы):

При комнатной температуре не идет из-за образования оксидной пленки — Al2O3 — на воздухе. Если разрушить оксидную пленку нагреванием раствора щелочи или амальгамированием (покрытием металла слоем ртути) — реакция идет.

Реакция алюминия с водой

Алюминотермия (лат. Aluminium + греч. therme — тепло) — способ получения металлов и неметаллов, заключающийся в восстановлении их оксидов алюминием. Температуры при этом процессе могут достигать 2400°C.

С помощью алюминотермии получают Fe, Cr, Mn, Ca, Ti, V, W.

Алюминотермия

Оксид алюминия

Оксид алюминия получают в ходе взаимодействия с кислородом — на воздухе алюминий покрывается оксидной пленкой. При нагревании гидроксид алюминия, как нерастворимое основание, легко разлагается на оксид и воду.

Проявляет амфотерные свойства: реагирует и с кислотами, и с основаниями.

Al2O3 + NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия)

Комплексные соли

Гидроксид алюминия

Гидроксид алюминия получают в ходе реакций обмена между растворимыми солями алюминия и щелочами. В результате гидролиза солей алюминия часто выпадает белый осадок — гидроксид алюминия.

Проявляет амфотерные свойства. Реагирует и с кислотами, и с основаниями. Вследствие нерастворимости гидроксид алюминия не реагирует с солями.

Al(OH)3 + LiOH → Li[Al(OH)4] (при избытке щелочи будет верным написание — Li3[Al(OH)6] — гексагидроксоалюминат лития)

Алюминий

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Алюминий: химические свойства и способность вступать в реакции с другими веществами

[Deposit Photos]

Металлы относятся к удобным для обработки материалам, и лидером среди них является алюминий, химические свойства которого давно известны людям. Этот металл, благодаря своим характеристикам, широко применяется в быту, и отыскать у себя дома изделие из алюминия сможет почти каждый человек. Следует детально рассмотреть свойства этого металла как элемента и как простого вещества.

[Deposit Photos]

Как был открыт алюминий

С давних времен люди использовали алюмокалиевые квасцы — соединение алюминия, способное придавать прочность и устойчивость тканям и коже. Такое свойство металла нашло свое применение в кожевничестве: с помощью алюмокалиевых квасцов скорняки выделывали кожу, придавая ей прочность и устойчивость. О том, что оксид алюминия присутствует в природе в чистом виде, люди узнали только во второй половине XVI­II столетия, но получать чистое вещество в те времена еще не научились.

Впервые это удалось сделать Хансу Кристиану Эрстеду, который обработал соль амальгамой калия, выделив затем из полученной смеси порошок серого цвета. Таким образом, данная химическая реакция помогла добыть чистый алюминий. В то же время были установлены такие характеристики металла, как высокая восстановительная способность и сильная активность.

После открытия металла работу Эрстеда по получению алюминия продолжал Фридрих Вёлер: в 1827 году он получил алюминиевый порошок, а в 1845-м — шарики металла. А первый промышленно значимый эксперимент был поставлен французским ученым Девилем в 1854 году. Именно этот выдающийся химик предложил электрохимический способ получения алюминия и сумел изготовить первые слитки металла (данный способ сохранил свою актуальность и в наши дни).

В XX столетии началось промышленное производство алюминия, который сразу же стал высоко цениться за свои уникальные свойства. Этот металл в настоящее время активно применяется в быту и промышленности: машиностроении, авиации, приборостроении, электротехнической промышленности и многих других сферах жизнедеятельности человека. Здесь вы найдете увлекательные эксперименты с алюминием.

Атом алюминия и его общая характеристика

Чтобы понять, что из себя представляет атом алюминия, необходимо выделить из периодической системы Менделеева несколько его основных характеристик:

  • порядковым номером металла является цифра 13;
  • элемент расположен в третьем малом периоде, главной подгруппе, третьей группе;
  • атомная масса элемента – 26,98;
  • у элемента сильно выражены металлические свойства;
  • алюминий имеет всего 27 изотопов с разными массовыми числами;
  • элемент встречается в двух степенях окисления: 0 и +3.

Алюминий и его химические свойства

[Deposit Photos]

Если рассматривать химические реакции, чистый алюминий — это сильный восстановитель, проявляющий высокую химическую активность в свободном виде. Чтобы многократно усилить его активность, необходимо убрать оксидную пленку. Алюминий способен вступать в реакции с серой, галогенами, кислотами и щелочами. В обычных условиях данный металл не способен взаимодействовать с водой, без нагревания может вступать в реакцию только с тремя галогенами: хлором, бромом и йодом. Важной химической характеристикой алюминия является способность металла восстанавливать некоторые другие элементы, а также их соединения.

В какие реакции вступает алюминий

Взаимодействие с неметаллами: алюминий реагирует с углеродом, серой, азотом и остальными неметаллами (со многими – только после нагревания, без которого реакция не произойдет). В результате реакции происходит выделение большого количества тепла.

Взаимодействие с кислотами (например, с соляной): в результате выделяется водород.

Взаимодействие с оксидами реакция замещения атомов металла в оксиде на алюминий позволяет получить большое количество теплоты и новый металл в свободном виде.

Взаимодействие с солями, а именно с растворами некоторых менее активных солей.

Взаимодействие со щелочами: по причине сильного взаимодействия с растворами щелочей, их растворы нельзя хранить в посуде из алюминия.

Алюминотермия — процесс восстановления металлов, сплавов и неметаллов посредством воздействия на их оксиды металлическим алюминием. Благодаря данной особенности алюминия, металлурги могут добывать такие тугоплавкие металлы, как молибден, вольфрам, цирконий, ванадий.

Физические свойства алюминия как простого вещества

В качестве простого вещества алюминий представляет собой металл серебристого цвета. Он способен окисляться на воздухе, покрываясь плотной оксидной пленкой.

Данная особенность металла обеспечивает его высокую стойкость к коррозии. Это свойство алюминия, наравне с другими характеристиками, делает его чрезвычайно популярным металлом, широко применяемым в быту. Кроме того, алюминий имеет легкий вес, сохраняя при этом высокую прочность и пластичность.

Далеко не каждое известное людям вещество имеет совокупность подобных характеристик.

Физические свойства алюминия

Алюминий — пластичный и ковкий металл, применяется для изготовления тончайшей фольги, из алюминия прокатывают проволоку.

Температура кипения металла составляет 2518 °С.

Температура плавления алюминия составляет 660 °С.

Плотность алюминия составляет 2,7 г/см³.

Широкое применение алюминия в сферах жизнедеятельности обусловлено его химическими и физическими свойствами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector