Конспект урока: Алюминий и его соединения. Железо и его соединения

Алюминий в природе

Рисунок 1. Алюмосиликат натрия

Алюминий занимает третье место по распространённости в литосфере. Данный элемент достаточно устойчив на воздухе, но в свободном виде в природе не встречается. Наиболее распространёнными соединениями алюминия являются:

• алюмосиликаты;
• бокситы;
• каолин;
• полевые шпаты;
• глинозём;
• корунд.

Практически во всех соединениях основным компонентом является оксид алюминия. Также во многих минералах содержится оксид кремния, оксиды щелочных и щелочноземельных металлов.

Алюминий как простое вещество

Рисунок 2. Алюминий

Алюминий — красивый и лёгкий металл. Внешне он напоминает серебро. Данный метал очень пластичный: его прокатывают в тончайшую фольгу, делают украшения.

 

Сам по себе алюминий не очень прочный. Прочность увеличивают за счёт его сплавления с другими металлами.

 

Алюминий и его сплавы находят широкое применение за счёт многих полезных свойств: высокой электропроводности, теплопроводности, пластичности, устойчивости к воздействию влаги и воздуха, малой плотности.

 

Обсудим химические свойства алюминия.

Химические свойства алюминия

Алюминий — амфотерный металл. Он достаточно активен и в соединениях проявляет степень окисления +3.

Как уже было сказано, на воздухе алюминий устойчив. Его поверхность покрывается тонкой, но прочной оксидной плёнкой, которая защищает его от взаимодействия с воздухом и водой:
 

$4\mathrm{Al} + 3{\mathrm{O}}_2 = 2{\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$.

Оксидную плёнку можно удалить (механическим путём или использованием кислоты), тогда алюминий может взаимодействовать с водой:
 

$2\mathrm{Al} + 6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = 2\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3 + 3{\mathrm{H}}_2\uparrow$.

Алюминий способен взаимодействовать со многими неметаллами, например:
 

$2\mathrm{Al} + 3{\mathrm{Cl}}_2 = 2{\mathrm{AlCl}}_3$.

Также он взаимодействует и c кислотами:
 

$2\mathrm{Al} + 3{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 = {\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3 + 3{\mathrm{H}}_2\uparrow$.

С концентрированной серной, азотной и фосфорной кислотами при комнатной температуре не взаимодействует, он пассивируется, то есть покрывается защитной оксидной плёнкой.

Алюминий способен вытеснять металлы из состава солей и оксидов:
 

$2\mathrm{Al} + 3{\mathrm{CuSO}}_4 = {\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3 + 3\mathrm{Cu}$,

$2\mathrm{Al} + {\mathrm{Fe}}_2{\mathrm{O}}_3 = {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 2\mathrm{Fe}$.
 

Амфотерность алюминия заключается в том, что он способен реагировать не только с кислотами, но и с щелочами:
 

$2\mathrm{Al} + 2\mathrm{KOH} + 6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = 2\mathrm{K}\left[\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right] + 3{\mathrm{H}}_2\uparrow$.

Применение алюминия

Алюминий используют для изготовления проводов линий электропередач, алюминиевых труб. Отполированная поверхность алюминия настолько блестящая, что подходит для изготовления зеркал, прожекторов.

Пластичность алюминия используется при изготовлении упаковок для пищевых продуктов.

В большинстве случаев алюминий идёт на получение сплавов. Данные сплавы используют в авиационной и космической промышленности.

Соединения алюминия

Оксид алюминия ${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3$ входит в состав рубина, сапфира, граната, изумруда и некоторых других драгоценных и полудрагоценных камней.

Оксид алюминия обладает типичным амфотерным характером. Он взаимодействует с кислотами и щелочами:
 

${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 3{\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 = {\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3 + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$,

${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 2\mathrm{NaOH} + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O} = 2\mathrm{Na}\left[\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right]$.

Если оксид алюминия сплавить с твёрдой щёлочью, образуется не комплексное соединение, а твёрдая соль метаалюминиевой кислоты с формулой ${\mathrm{HAlO}}_2$:

${\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + 2\mathrm{KOH} \stackrel{\mathrm{t} }{=} 2{\mathrm{KAlO}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Гидроксид алюминия $\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3$ — типичный амфотерный гидроксид, представляющий собой студневидный осадок. Чтобы получить гидроксид алюминия, нужно взять растворимую соль алюминия и щёлочь:
 

${\mathrm{AlCl}}_3 + \mathrm{KOH} = \mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3\downarrow + \mathrm{KOH}$.

Если при проведении данной реакции добавить избыток щелочи, то образующийся гидроксид алюминия в силу своей амфотерности тут же будет взаимодействовать со щёлочью в растворе:
 

$\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3 + \mathrm{KOH} = \mathrm{K}\left[\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_4\right]$.

Образуется комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат калия.

Ещё одно свойство, доказывающее амфотерность гидроксида алюминия, — взаимодействие с кислотами:
 

$\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3 + 3{\mathrm{HNO}}_3 = \mathrm{Al}{\left({\mathrm{NO}}_3\right)}_3 + 3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Как и любой нерастворимый гидроксид, гидроксид алюминия можно разложить на оксид и воду:

$2\mathrm{Al}{\left(\mathrm{OH}\right)}_3 \stackrel{\mathrm{t}}{=} {\mathrm{Al}}_2{\mathrm{O}}_3 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Соли алюминия

Соли алюминия — твёрдые кристаллические вещества. В воде растворимы только сульфат, нитрат и галогениды.

Хлорид алюминия ${\mathrm{AlCl}}_3$ широко используется в качестве катализатора в органическом синтезе.

Сульфат алюминия ${\mathrm{Al}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3$ применяют на водоочистных станциях. Также раствором данной соли пропитывают ткани перед окрашиванием, чтобы краситель прочно удерживался в волокнах.