Взаимодействие на алуминий с азотна киселина. Химични реакции на алуминия

1) Силицият е изгорен в хлорна атмосфера. Полученият хлорид се обработва с вода. Образуваната утайка се калцинира. След това се е слял с калциев фосфат и въглища. Направете уравненията за четирите описани реакции.

2) Газът, получен при обработка на калциев нитрид с вода, се прекарва върху нажежен на прах меден (II) оксид. Полученото твърдо вещество се разтваря в концентрирана азотна киселина, разтворът се изпарява и полученият твърд остатък се калцинира. Направете уравненията за четирите описани реакции.

3) Някои количества железен (II) сулфид бяха разделени на две части. Единият от тях е третиран със солна киселина, а другият е изстрелян във въздуха. По време на взаимодействието на отделените газове се образува просто жълто вещество. Полученото вещество се нагрява с концентрирана азотна киселина, докато кафявият газ беше освободен. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

4) Когато алуминиевият оксид взаимодейства с азотна киселина, се образува сол. Солта беше изсушена и калцинирана. Твърдият остатък, образуван по време на калцинирането, се подлага на електролиза в разтопен криолит. Полученият чрез електролиза метал се нагрява с концентриран разтвор, съдържащ калиев нитрат и калиев хидроксид, докато се отделя газ с остра миризма. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

5) Хром (VI) оксид реагира с калиев хидроксид. Полученото вещество се третира със сярна киселина и оранжевата сол се изолира от получения разтвор. Тази сол се третира с бромоводородна киселина. Полученото просто вещество реагира със сероводород. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

6) Магнезиевият прах се загрява в азотна атмосфера. Когато полученото вещество взаимодейства с вода, се отделя газ. Газът се прекарва през воден разтвор на хром (III) сулфат, което води до сива утайка. Утайката се отделя и се обработва при нагряване с разтвор, съдържащ водороден прекис и калиев хидроксид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

7) Амонякът се прекарва през бромоводородна киселина. Към получения разтвор се добавя разтвор на сребърен нитрат. Образуваната утайка се отделя и се нагрява с цинков прах. Образуваният по време на реакцията метал се въздейства с концентриран разтвор на сярна киселина и се отделя газ с остър мирис. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

8) Калиев хлорат се нагрява в присъствието на катализатор, докато се образува безцветен газ. Чрез изгаряне на желязо в атмосфера на този газ се получава желязна скала. Той се разтваря в излишък от солна киселина. Към получения разтвор се добавя разтвор, съдържащ натриев дихромат и солна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

9) Натрият се нагрява във водородна атмосфера. При добавяне на вода към полученото вещество се наблюдава отделяне на газ и образуване на бистър разтвор. През този разтвор се пропуска кафяв газ, който се получава в резултат на взаимодействието на медта с концентриран разтвор на азотна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

10) Алуминият реагира с разтвор на натриев хидроксид. Разработеният газ се прекарва през нагрят меден (II) оксиден прах. Полученото просто вещество се разтваря чрез нагряване в концентрирана сярна киселина. Получената сол се изолира и се добавя към разтвора на калиев йодид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

11) Проведена електролиза на разтвор на натриев хлорид. Към получения разтвор се добавя железен (III) хлорид. Образуваната утайка се филтрира и калцинира. Твърдият остатък се разтваря в хлороводородна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

12) Към разтвора на натриевия хидроксид се добавя алуминиев прах. Излишъкът от въглероден диоксид се пропуска през разтвора на полученото вещество. Образуваната утайка се отделя и калцинира. Полученият продукт се смесва с натриев карбонат. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

Химични свойства алуминият се определя от позицията му в периодична система химични елементи.

По-долу са посочени основните химични реакции на алуминия с други химични елементи. Тези реакции определят основните химични свойства на алуминия.

С какво реагира алуминият

Прости вещества:

• халогени (флуор, хлор, бром и йод)
• фосфор
• въглерод
• кислород (горене)

Сложни вещества:

• минерални киселини (солна, фосфорна)
• сярна киселина
• азотна киселина
• основи
• оксиданти
• оксиди на по-малко активни метали (алюмомия)

С какво алуминият не реагира

Алуминият не реагира:

• с водород
• при нормални условия - с концентрирана сярна киселина (поради пасивиране - образуването на плътен оксиден филм)
• при нормални условия - с концентрирана азотна киселина (също поради пасивиране)

Алуминий и въздух

Обикновено повърхността на алуминия винаги е покрита с тънък слой алуминиев оксид, който я предпазва от въздействието на въздуха, по-точно кислорода. Следователно се смята, че алуминият не реагира с въздуха. Ако този оксиден слой е повреден или отстранен, тогава пресната алуминиева повърхност реагира с атмосферен кислород. Алуминият може да изгори в кислород със заслепяващ бял пламък, за да образува алуминиев оксид Al2O3.

Реакция на алуминий с кислород:

• 4Al + 3O 2 -\u003e 2Al 2 O 3

Алуминий и вода

Алуминият реагира с вода при следните реакции:

• 2Al + 6H2O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2 (1)
• 2Al + 4H2O \u003d 2AlO (OH) + 3H2 (2)
• 2Al + 3H2O \u003d Al2O3 + 3H2 (3)

В резултат на тези реакции се образуват съответно:

• модификация на алуминиев хидроксид баерит и водород (1)
• модификация на алуминиев хидроксид бохемит и водород (2)
• алуминиев оксид и водород (3)

Тези реакции, между другото, представляват голям интерес за развитието на компактни инсталации за производство на водород за превозни средства, които работят с водород.

Всички тези реакции са термодинамично възможни при температури от стайна температура до точката на топене на алуминия 660 ºС. Всички те също са екзотермични, тоест възникват с отделянето на топлина:

• Al (OH) 3 е най-стабилният реакционен продукт при стайна температура до 280 ºС.
• При температури от 280 до 480 ºС, най-стабилният продукт на реакцията е AlO (OH).
• При температури над 480 ºС най-стабилният продукт на реакцията е Al 2 O 3.

По този начин алуминиевият оксид Al 2 O 3 става термодинамично по-стабилен от Al (OH) 3 при повишена температура... Продуктът от реакцията на алуминий с вода при стайна температура е алуминиев хидроксид Al (OH) 3.

Реакция (1) показва, че алуминият трябва да реагира спонтанно с вода при стайна температура. На практика обаче парче алуминий, потопено във вода, не реагира с вода със стайна температура и дори с вряща вода. Факт е, че алуминият има тънък кохерентен слой алуминиев оксид Al 2 O 3 на повърхността си. Този оксиден филм прилепва здраво към алуминиевата повърхност и му пречи да реагира с вода. Следователно, за да се започне и поддържа реакцията на алуминий с вода при стайна температура, е необходимо постоянно да се отстранява или разрушава този оксиден слой.

Алуминий и халогени

Алуминият реагира бурно с всички халогени - това са:

• флуор F
• хлор Cl
• бром Br и
• йод (йод) I,

с образование, съответно:

• флуорид AlF 3
• хлорид AlCl 3
• бромид Al 2 Br 6 и
• йодид Al 2 Br 6.

Реакции на водород с флуор, хлор, бром и йод:

• 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
• 2Al + 3Cl 2 → 2AlCl 3
• 2Al + 3Br 2 → Al 2 Br 6
• 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6

Алуминий и киселини

Алуминият активно реагира с разредени киселини: сярна, солна и азотна, с образуването на съответните соли: алуминиев сулфат Al 2 SO 4, алуминиев хлорид AlCl 3 и алуминиев нитрат Al (NO 3) 3.

Реакции на алуминий с разредени киселини:

• 2Al + 3H2SO4 -\u003e Al2 (SO4) 3 + 3H2
• 2Al + 6HCl -\u003e 2AlCl 3 + 3H 2
• 2Al + 6HNO 3 -\u003e 2Al (NO 3) 3 + 3H 2

Той не взаимодейства с концентрирана сярна и солна киселини при стайна температура; когато се нагрява, той реагира с образуването на сол, оксиди и вода.

Алуминий и основи

Алуминият във воден разтвор на алкали - натриев хидроксид - реагира, образувайки натриев алуминат.

Реакцията на алуминий с натриев хидроксид е:

• 2Al + 2NaOH + 10H2O -\u003e 2Na + 3H2

Източници:

1. Химически елементи. Първите 118 елемента, подредени по азбучен ред / изд. Уикипедианти - 2018

2. Реакция на алуминий с вода за получаване на водород / Джон Петрович и Джордж Томас, САЩ Министерство на енергетиката, 2008

Алуминий - разрушаване на метала под въздействието на околната среда.

За реакцията Al 3+ + 3e → Al стандартният електроден потенциал на алуминия е -1,66 V.

Точката на топене на алуминия е 660 ° C.

Плътността на алуминия е 2.6989 g / cm 3 (при нормални условия).

Макар че е активен метал, алуминият има доста добри корозионни свойства. Това може да се обясни със способността да се пасивира в много агресивни среди.

Корозионната устойчивост на алуминия зависи от много фактори: чистота на метала, корозивна среда, концентрация на агресивни примеси в околната среда, температура и др. РН на разтворите има силен ефект. Алуминиевият оксид върху металната повърхност се образува само в диапазона на рН от 3 до 9!

Чистотата му силно влияе на корозионната устойчивост на Al. За производството на химически агрегати и оборудване се използва само метал с висока чистота (без примеси), например алуминий от марки AB1 и AB2.

Корозия на алуминий не се наблюдава само в тези среди, където върху металната повърхност се образува защитен оксиден филм.

При нагряване алуминият може да реагира с някои неметали:

2Al + N2 → 2AlN - взаимодействие на алуминий и азот с образуването на алуминиев нитрид;

4Al + 3C → Al 4 C 3 - реакция на взаимодействие на алуминий с въглерод с образуването на алуминиев карбид;

2Al + 3S → Al 2 S 3 - взаимодействие на алуминий и сяра с образуването на алуминиев сулфид.

Корозия на алуминий във въздуха (атмосферна корозия на алуминий)

При взаимодействие с въздуха алуминият преминава в пасивно състояние. Когато чистият метал влезе в контакт с въздуха, върху алуминиевата повърхност незабавно се появява тънък защитен филм от алуминиев оксид. Освен това растежът на филма се забавя. Формулата за алуминиев оксид е Al 2 O 3 или Al 2 O 3 H 2 O.

Реакция на алуминий с кислород:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Дебелината на този оксиден филм варира от 5 до 100 nm (в зависимост от работните условия). Алуминиевият оксид има добра адхезия към повърхността и отговаря на условието за непрекъснатост на оксидните филми. Когато се съхранява в склад, дебелината на алуминиевия оксид върху металната повърхност е около 0,01 - 0,02 микрона. При взаимодействие със сух кислород - 0,02 - 0,04 микрона. По време на термичната обработка на алуминия дебелината на оксидния филм може да достигне 0,1 μm.

Алуминият е достатъчно устойчив както в чист селски въздух, така и в индустриална атмосфера (съдържащ сярна пара, сероводород, газообразен амоняк, сух хлороводород и др.). Защото сярните съединения нямат никакъв ефект върху корозията на алуминия в газообразна среда - той се използва за производството на инсталации за преработка на сярно масло, апарати за вулканизация на каучук.

Корозия на алуминий във вода

Корозия на алуминий почти не се наблюдава при взаимодействие с чиста прясна, дестилирана вода. Повишаването на температурата до 180 ° C няма особен ефект. Горещите водни пари също не оказват влияние върху корозията на алуминия. Ако към водата се добави малко алкал, дори при стайна температура, скоростта на корозия на алуминия в такава среда леко ще се увеличи.

Взаимодействието на чист алуминий (непокрит с оксиден филм) с вода може да бъде описано с помощта на реакционното уравнение:

2Al + 6H2O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2.

При взаимодействие с морска вода чистият алуминий започва да корозира, тъй като чувствителен към разтворени соли. За работата на алуминия в морската вода в неговия състав се внасят малки количества магнезий и силиций. Устойчивостта на корозия на алуминия и неговите сплави, когато са изложени на морска вода, значително намалява, ако в метала е включена мед.

Корозия на алуминия в киселини

С увеличаване на чистотата на алуминия, неговата устойчивост на киселини се увеличава.

Корозия на алуминия в сярна киселина

За алуминия и неговите сплави сярната киселина (има окислителни свойства) със средни концентрации е много опасна. Реакцията с разредена сярна киселина се описва с уравнението:

2Al + 3H 2 SO 4 (разреден) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Концентрираната студена сярна киселина няма ефект. А при нагряване алуминият корозира:

2Al + 6H2SO4 (конц.) → Al2 (SO4) 3 + 3SO2 + 6H2O.

Това образува разтворима сол - алуминиев сулфат.

Al е устойчив на олеум (димяща сярна киселина) при температури до 200 ° C. Поради това се използва за производството на хлорсулфонова киселина (HSO 3 Cl) и олеум.

Корозия на алуминия в солна киселина

Алуминият или неговите сплави се разтварят бързо в солна киселина (особено когато температурата се повиши). Уравнение на корозията:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Разтворите на бромоводородна (HBr) и флуороводородна (HF) киселини действат по подобен начин.

Корозия на алуминия в азотна киселина

Концентрираният разтвор на азотна киселина има високи окислителни свойства. Алуминият в азотна киселина при нормална температура е изключително устойчив (устойчивостта е по-висока от тази на неръждаема стомана 12Х18Н9). Той дори се използва за получаване на концентрирана азотна киселина чрез директен синтез.

При нагряване корозията на алуминия в азотна киселина протича според реакцията:

Al + 6HNO 3 (конц.) → Al (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Корозия на алуминия в оцетна киселина

Алуминият има доста висока устойчивост на оцетна киселина с всякаква концентрация, но само ако температурата не надвишава 65 ° C. Използва се за производството на формалдехид и оцетна киселина. С повече високи температури алуминият се разтваря (с изключение на киселинните концентрации 98 - 99,8%).

В бромисти, слаби разтвори на хромова (до 10%), фосфорна (до 1%) киселини при стайна температура алуминият е стабилен.

Слаб ефект върху алуминия и неговите сплави оказват лимонената, маслената, ябълчната, винената, пропионовата киселини, виното и плодовите сокове.

Оксалова, мравчена, хлорорганична киселина разрушават метала.

Устойчивостта на корозия на алуминия е силно повлияна от изпарения и капков течен живак. След кратък контакт металът и неговите сплави интензивно корозират, образувайки амалгами.

Корозия на алуминий в основи

Алкалите лесно разтварят защитния оксиден филм на повърхността на алуминия, той започва да реагира с вода, в резултат на което металът се разтваря с отделянето на водород (алуминиева корозия с водородна деполяризация).

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2;

2 (NaOH H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2.

Образуват се алуминати.

Също така, оксидният филм се разрушава от соли на живак, мед и хлорни йони.

Алуминият е амфотерен метал. Електронната конфигурация на алуминиевия атом е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. По този начин той има три валентни електрона на външния електронен слой: 2 на 3s и 1 на 3p подниво. Във връзка с тази структура тя се характеризира с реакции, в резултат на които алуминиев атом губи три електрона от външно ниво и придобива степен на окисление +3. Алуминият е силно реактивен метал и проявява много силни редуциращи свойства.

Взаимодействие на алуминий с прости вещества

с кислород

Когато абсолютно чистият алуминий влезе в контакт с въздуха, алуминиевите атоми в повърхностния слой незабавно взаимодействат с атмосферния кислород и образуват най-тънкия, няколко десетки атомни слоя, силен оксиден филм от състава Al 2 O 3, който предпазва алуминия от по-нататъшно окисляване . Също така е невъзможно да се окисляват големи проби от алуминий дори при много високи температури. Въпреки това фино диспергираният алуминиев прах изгаря доста лесно в пламък на горелката:

4Аl + 3О 2 \u003d 2Аl 2 О 3

с халогени

Алуминият реагира много енергично с всички халогени. По този начин реакцията между смесени прахове от алуминий и йод протича вече при стайна температура след добавяне на капка вода като катализатор. Уравнението на взаимодействието на йод с алуминий:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

С брома, който е тъмнокафява течност, алуминият също реагира без нагряване. Доста лесно е да добавите алуминиева проба към течен бром: веднага започва бурна реакция, отделяща голямо количество топлина и светлина:

2Al + 3Br 2 \u003d 2AlBr 3

Реакцията между алуминий и хлор протича, когато нагрето алуминиево фолио или фин алуминиев прах се вкарват в колба, пълна с хлор. Алуминият изгаря ефективно в хлор съгласно уравнението:

2Al + 3Cl2 \u003d 2AlCl3

със сиво

При нагряване до 150-200 ° C или след запалване на смес от прахообразен алуминий и сяра, между тях започва интензивна екзотермична реакция с отделяне на светлина:

— сулфид алуминий

с азот

Когато алуминият взаимодейства с азота при температура около 800 o C, се образува алуминиев нитрид:

с въглерод

При температура около 2000 o C, алуминият реагира с въглерод и образува алуминиев карбид (метанид), съдържащ въглерод в състояние на окисление -4, както в метана.

Взаимодействие на алуминий със сложни вещества

с вода

Както бе споменато по-горе, стабилен и траен оксиден филм от Al 2 O 3 предотвратява окисляването на алуминия във въздуха. Същият защитен оксиден филм прави алуминия инертен по отношение на водата. При отстраняване на защитния оксиден филм от повърхността чрез такива методи като обработка с водни разтвори на алкални, амониеви хлоридни или живачни соли (обединяване), алуминият започва енергично да реагира с вода, образувайки алуминиев хидроксид и водороден газ:

с метални оксиди

След запалване на смес от алуминий с оксиди на по-малко активни метали (вдясно от алуминия в реда на активност) започва изключително бурна силно екзотермична реакция. Така че, в случай на взаимодействие на алуминий с железен (III) оксид, се развива температура от 2500-3000 ° C. В резултат на тази реакция се образува разтопено желязо с висока чистота:

2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3

Този метод за получаване на метали от техните оксиди чрез редукция с алуминий се нарича алумотермия или алумотермия.

с неокисляващи киселини

Взаимодействието на алуминия с неокисляващи киселини, т.е. с почти всички киселини, с изключение на концентрирана сярна и азотна киселини, води до образуването на алуминиева сол на съответната киселина и водороден газ:

а) 2Аl + 3H 2 SO 4 (разреден) \u003d Аl 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + \u003d 2Al 3+ + 3H 2 0;

б) 2AI + 6HCl \u003d 2AICl 3 + 3H2

с окислителни киселини

- концентрирана сярна киселина

Взаимодействието на алуминия с концентрирана сярна киселина при нормални условия, както и при ниски температури, не възниква поради ефект, наречен пасивиране. При нагряване реакцията е възможна и води до образуването на алуминиев сулфат, вода и сероводород, който се образува в резултат на редукцията на сяра, която е част от сярната киселина:

Тази дълбока редукция на сярата от +6 степен на окисление (в H 2 SO 4) до -2 степен на окисление (в H 2 S) се дължи на много високата редуцираща способност на алуминия.

- концентрирана азотна киселина

Концентрираната азотна киселина също пасивира алуминия при нормални условия, което прави възможно съхраняването му в алуминиеви съдове. Точно както в случая на концентрирана сярна киселина, взаимодействието на алуминий с концентрирана азотна киселина става възможно при силно нагряване, докато реакцията протича предимно:

- разредена азотна киселина

Взаимодействието на алуминия с разреден в сравнение с концентрирана азотна киселина води до продукти с по-дълбоко намаляване на азота. Вместо NO, в зависимост от степента на разреждане, могат да се образуват N 2 O и NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO3 (разреден) \u003d 8Al (NO3) 3 + 3N2O + 15H2O

8Al + 30HNO 3 (много разреден) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

с основи

Алуминият реагира както с водни разтвори на основи:

2Al + 2NaOH + 6H2O \u003d 2Na + 3H2

и с чисти основи по време на синтез:

И в двата случая реакцията започва с разтварянето на защитния филм на алуминиевия оксид:

Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na

Al 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + H 2 O

В случай на воден разтвор, алуминият, пречистен от защитния оксиден филм, започва да реагира с вода съгласно уравнението:

2Al + 6H2O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H2

Полученият алуминиев хидроксид, който е амфотерен, реагира с воден разтвор натриев хидроксид за образуване на разтворим натриев тетрахидроксоалуминат:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na