Взаємодія алюмінію з азотною кислотою. Хімічні реакції алюмінію

1) Кремній спалили в атмосфері хлору. Отриманий хлорид обробили водою. Виділився при цьому осад прожарили. Потім сплавили з фосфатом кальцію і вугіллям. Складіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

2) Газ, отриманий при обробці нітриду кальцію водою, пропустили над розпеченим порошком оксиду міді (II). Отримане при цьому тверда речовина розчинили в концентрованій азотній кислоті, розчин випарили, а отриманий твердий залишок прожарили. Складіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

3) Деяка кількість сульфіду заліза (II) розділили на дві частини. Одну з них обробили соляною кислотою, а іншу піддали випалу на повітрі. При взаємодії виділилися газів утворилося проста речовина жовтого кольору. Отриману речовину нагріли з концентрованою азотною кислотою, При цьому виділився бурий газ. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

4) При взаємодії оксиду алюмінію з азотною кислотою утворилася сіль. Сіль висушили і прожарили. Утворився при прожаренні твердий залишок піддали електролізу в розплавленому кріоліті. Отриманий при електролізі метал нагріли з концентрованим розчином, що містить нітрат калію і гідроксид калію, при цьому виділився газ з різким запахом. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

5) Оксид хрому (VI) прореагував з гідроксидом калію. Отриману речовину обробили сірчаною кислотою, з розчину, що утворився виділили сіль оранжевого кольору. Цю сіль обробили бромоводородной кислотою. Отримане проста речовина вступило в реакцію з сірководнем. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

6) Порошок магнію нагріли в атмосфері азоту. При взаємодії отриманого речовини з водою виділився газ. Газ пропустили через водний розчин сульфату хрому (III), в результаті чого утворився сірий осад. Осад відокремили і обробили при нагріванні розчином, що містить пероксид водню і гідроксид калію. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

7) Аміак пропустили через бромоводородной кислоту. До отриманого розчину додали розчин нітрату срібла. Випав осад відокремили і нагріли з порошком цинку. На утворився в ході реакції метал подіяли концентрованим розчином сірчаної кислоти, при цьому виділився газ з різким запахом. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

8) Хлорат калію нагріли в присутності каталізатора, при цьому виділився безбарвний газ. Спалюванням заліза в атмосфері цього газу була отримана залізна окалина. Її розчинили в надлишку соляної кислоти. До отриманого при цьому розчину додали розчин, що містить Дихромат натрію і соляну кислоту. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

9) Натрій нагріли в атмосфері водню. При додаванні до отриманого речовини води спостерігали виділення газу і утворення прозорого розчину. Через цей розчин пропустили бурий газ, який був отриманий в результаті взаємодії міді з концентрованим розчином азотної кислоти. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

10) Алюміній прореагував з розчином гідроксиду натрію. Що виділився газ пропустили над нагрітим порошком оксиду міді (II). Утворене проста речовина розчинили при нагріванні в концентрованої сірчаної кислоти. Отриману сіль виділили і додали до розчину йодиду калію. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

11) Провели електроліз розчину хлориду натрію. До отриманого розчину додали хлорид заліза (III). Випав осад відфільтрували і прожарили. Твердий залишок розчинили в іодоводородной кислоті. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

12) До розчину гідроксиду натрію додали порошок алюмінію. Через розчин отриманого речовини пропустили надлишок вуглекислого газу. Випав осад відокремили і прожарили. Отриманий продукт сплавили з карбонатом натрію. Напишіть рівняння чотирьох описаних реакцій.

Хімічні властивості алюмінію визначаються його положенням в періодичної системі хімічних елементів.

Нижче представлені основні хімічні реакції алюмінію з іншими хімічними елементами. Ці реакції визначають основні хімічні властивості алюмінію.

З чим реагує алюміній

Прості речовини:

• галогени (фтор, хлор, бром і іодін)
• фосфор
• вуглець
• кисень (горіння)

Складні речовини:

• мінеральні кислоти (соляна, фосфорна)
• сірчана кислота
• азотна кислота
• лугу
• окислювачі
• оксиди менш активних металів (алюмотермія)

З чим не реагує алюміній

Алюміній не реагує:

• з воднем
• в звичайних умовах - з концентрованої сірчаної кислотою (через пасивації - утворення щільної оксидної плівки)
• в звичайних умовах - з концентрованою азотною кислотою (також через пасивації)

Алюміній і повітря

Зазвичай поверхню алюмінію завжди покрита тонким шаром оксиду алюмінію, який захищає її від впливу повітря, точніше, кисню. Тому вважається, що алюміній не вступає в реакцію з повітрям. Якщо ж цей оксидний шар пошкоджується або віддаляється, то свіжа поверхню алюмінію реагує з киснем повітря. Алюміній може горіти в кисні сліпуче білим полум'ям з утворенням оксиду алюмінію Al2O3.

Реакція алюмінію з киснем:

• 4Al + 3O 2 -\u003e 2Al 2 O 3

Алюміній і вода

Алюміній реагує з водою за таких реакцій:

• 2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 (1)
• 2Al + 4H 2 O \u003d 2AlO (OH) + 3H 2 (2)
• 2Al + 3H 2 O \u003d Al 2 O 3 + 3H 2 (3)

В результаті цих реакцій утворюються, відповідно, такі:

• модифікація гідроксиду алюмінію Байєр і водень (1)
• модифікація гідроксиду алюмінію Богемії і водень (2)
• оксид алюмінію і водень (3)

Ці реакції, до речі, становлять великий інтерес, при розробці компактних установок для отримання водню для транспортних засобів, які працюють на водні.

Всі ці реакції є термодинамічно можливими при температурі від кімнатної до температури плавлення алюмінію 660 ºС. Всі вони є також екзотермічні, тобто відбуваються з виділенням тепла:

• При температурі від кімнатної до 280 ºС найбільш стійким продуктом реакції є Al (OH) 3.
• При температурі від 280 до 480 ºС найбільш стійким продуктом реакції є AlO (OH).
• При температурі вище 480 ° С найбільш стійким продуктом реакції є Al 2 O 3.

Таким чином, оксид алюмінію Al 2 O 3 стає термодинамічно більш стійким, ніж Al (OH) 3 при підвищеній температурі. Продуктом реакції алюмінію з водою при кімнатній температурі буде гідроксид алюмінію Al (OH) 3.

Реакція (1) показує, що алюміній має мимовільно реагувати з водою при кімнатній температурі. Однак на практиці шматок алюмінію, опущений в воду, не реагує з водою в умовах кімнатної температури і навіть в киплячій воді. Справа в тому, що алюміній має на поверхні тонкий когерентний шар оксиду алюмінію Al 2 O 3. Ця оксидна плівка міцно утримується на поверхні алюмінію і запобігає його реакцію з водою. Тому, щоб почати і підтримувати реакцію алюмінію з водою при кімнатній температурі необхідно постійно видаляти або руйнувати цей оксидний шар.

Алюміній і галогени

Алюміній бурхливо реагує з усім галогенами - це:

• фтор F
• хлор Cl
• бром Br і
• іодін (йод) I,

з утворенням відповідно:

• фториду AlF 3
• хлориду AlCl 3
• бромида Al 2 Br 6 і
• йодиду Al 2 Br 6.

Реакції водню з фтором, хлором, бромом і іодіном:

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

Алюміній і кислоти

Алюміній активно вступає в реакцію з розведеними кислотами: сірчаної, соляної та азотної, з утворенням відповідних солей: сірчанокислого алюмінію Al 2 SO 4, хлориду алюмінію AlCl 3 і нітрату алюмінію Al (NО 3) 3.

Реакції алюмінію з розведеними кислотами:

• 2Al + 3H 2 SO 4 -\u003e Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2
• 2Al + 6HCl -\u003e 2AlCl 3 + 3H 2
• 2Al + 6HNO 3 -\u003e 2Al (NO 3) 3 + 3H 2

З концентрованими сірчаною та соляною кислотами при кімнатній температурі не взаємодіє, при нагріванні реагує з утворенням солі, оксидів і води.

Алюміній і луги

Алюміній в водному розчині лугу - гідроксиду натрію - реагує з утворенням алюмінату натрію.

Реакція алюмінію з гідроксидом натрію має вигляд:

• 2Al + 2NaOH + 10H 2 O -\u003e 2Na + 3H 2

джерела:

1. Chemical Elements. The first 118 elements, ordered alphabetically / ed. Wikipedians - 2018

2. Reaction of Aluminum with Water to Produce Hydrogen / John Petrovic and George Thomas, U.S. Department of Energy, 2008

Алюмінію - руйнування металу під впливом навколишнього середовища.

Для реакції Al 3+ + 3e → Al електродний потенціал алюмінію складає -1,66 В.

Температура плавлення алюмінію - 660 ° C.

Щільність алюмінію - 2,6989 г / см 3 (при нормальних умовах).

Алюміній, хоч і є активним металом, відрізняється досить хорошими корозійними властивостями. Це можна пояснити здатністю пасивуватися в багатьох агресивних середовищах.

Корозійна стійкість алюмінію залежить від багатьох факторів: чистоти металу, корозійного середовища, концентрації агресивних домішок в середовищі, температури і т.д. Сильний вплив робить рН розчинів. Оксид алюмінію на поверхні металу утворюється тільки в інтервалі рН від 3 до 9!

Дуже сильно впливає на корозійну стійкість Al його чистота. Для виготовлення хімічних агрегатів, обладнання використовують тільки метал високої чистоти (без домішок), наприклад алюміній марки АВ1 і АВ2.

Корозія алюмінію не спостерігається тільки в тих середовищах, де на поверхні металу утворюється захисна оксидна плівка.

При нагріванні алюміній може реагувати з деякими неметалами:

2Al + N 2 → 2AlN - взаємодія алюмінію та азоту з утворенням нітриду алюмінію;

4Al + 3С → Al 4 С 3 - реакція взаємодії алюмінію з вуглецем з утворенням карбіду алюмінію;

2Al + 3S → Al 2 S 3 - взаємодія алюмінію і сірки з утворенням сульфіду алюмінію.

Корозія алюмінію на повітрі (атмосферна корозія алюмінію)

Алюміній при взаємодії з повітрям переходить в пасивний стан. При зіткненні чистого металу з повітрям на поверхні алюмінію миттєво з'являється тонка захисна плівка оксиду алюмінію. Далі зростання плівки сповільнюється. Формула оксиду алюмінію - Al 2 O 3 або Al 2 O 3 H 2 O.

Реакція взаємодії алюмінію з киснем:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3.

Товщина цієї оксидної плівки складає від 5 до 100 нм (в залежності від умов експлуатації). Оксид алюмінію володіє хорошим зчепленням з поверхнею, задовольняє умові сплошности оксидних плівок. При зберіганні на складі, товщина оксиду алюмінію на поверхні металу становить близько 0,01 - 0,02 мкм. При взаємодії з сухим киснем - 0,02 - 0,04 мкм. При термічній обробці алюмінію товщина оксидної плівки може досягати 0,1 мкм.

Алюміній досить стійкий як на чистому сільському повітрі, так і перебуваючи в промисловій атмосфері (що містить пари сірки, сірководень, газоподібний аміак, сухий хлороводород і т.п.). Оскільки на корозію алюмінію в газових середовищах не роблять ніякого впливу сірчисті з'єднання - його застосовують для виготовлення установок переробки сірчистої нафти, апаратів вулканізації каучуку.

Корозія алюмінію у воді

Корозія алюмінію майже не спостерігається при взаємодії з чистої прісної, дистильованою водою. Підвищення температури до 180 ° С особливого впливу не робить. Гаряча водяна пара на корозію алюмінію впливу також не робить. Якщо в воду, навіть при кімнатній температурі, додати трохи лугу - швидкість корозії алюмінію в такому середовищі трохи збільшиться.

Взаємодія чистого алюмінію (не покриті оксидною плівкою) з водою можна описати за допомогою рівняння реакції:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2.

При взаємодії з морською водою чистий алюміній починає корродировать, тому що чутливий до розчиненим солям. Для експлуатації алюмінію в морській воді в його склад вводять невелику кількість магнію і кремнію. Корозійна стійкість алюмінію і його сплавів, при впливі морської води, значно знижується, якщо до складу метала буде входити мідь.

Корозія алюмінію в кислотах

З підвищенням чистоти алюмінію його стійкість в кислотах збільшується.

Корозія алюмінію в сірчаної кислоти

Для алюмінію і його сплавів дуже небезпечна сірчана кислота (володіє окислювальними властивостями) середніх концентрацій. Реакція з розбавленою сірчаною кислотою описується рівнянням:

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

Концентрована холодна сірчана кислота не робить ніякого впливу. А при нагріванні алюміній кородує:

2Al + 6H 2 SO 4 (конц) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

При цьому утворюється розчинна сіль - сульфат алюмінію.

Al стійок в олеум (димить сірчана кислота) при температурах до 200 ° С. Завдяки цьому його використовують для виробництва хлорсульфоновой кислоти (HSO 3 Cl) і олеума.

Корозія алюмінію в соляній кислоті

У соляній кислоті алюміній або його сплави швидко розчиняються (особливо при підвищенні температури). Рівняння корозії:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2.

Аналогічно діють розчини бромистоводневої (HBr), плавиковою (HF) кислот.

Корозія алюмінію в азотній кислоті

Концентрований розчин азотної кислоти відрізняється високими окислювальними властивостями. Алюміній в азотній кислоті при нормальній температурі виключно стійок (стійкість вище, ніж у нержавіючої сталі 12Х18Н9). Його навіть використовують для виробництва концентрованої азотної кислоти методом прямого синтезу

При нагріванні корозія алюмінію в азотній кислоті проходить по реакції:

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

Корозія алюмінію в оцтової кислоти

Алюміній має досить високу стійкість до впливу оцтової кислоти будь-яких концентрацій, але тільки якщо температура не перевищує 65 ° С. Його використовують для виробництва формальдегіду і оцтової к-ти. при більш високих температурах алюміній розчиняється (виняток становлять концентрації кислоти 98 - 99,8%).

У бромовой, слабких розчинах хромової (до10%), фосфорної (до 1%) кислотах при кімнатній температурі алюміній стійкий.

Слабкий вплив на алюміній і його сплави надають лимонна, масляна, яблучна, винна, пропіонова кислоти, вино, фруктові соки.

Щавлева, мурашина, хлорорганічні кислоти руйнують метал.

На корозійну стійкість алюмінію дуже сильно впливає пароподібна і капельножидкими ртуть. Після недовгого контакту метал і його сплави інтенсивно корродируют, утворюючи амальгами.

Корозія алюмінію в лугах

Луги легко розчиняють захисну оксидну плівку на поверхні алюмінію, він починає реагувати з водою, в результаті чого метал розчиняється з виділенням водню (корозія алюмінію з водневою деполяризацією).

2Al + 2NaOH + 6H 2 O → 2Na + 3H 2;

2 (NaOH H 2 O) + 2Al → 2NaAlO 2 + 3H 2.

Утворюються алюмінати.

Також оксидну плівку руйнують солі ртуті, міді і іони хлору.

Алюміній - амфотерний метал. Електронна конфігурація атома алюмінію 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Таким чином, на зовнішньому електронному шарі у нього знаходяться три валентних електрони: 2 - на 3s- і 1 - на 3p-підрівні. У зв'язку з такою будовою для нього характерні реакції, в результаті яких атом алюмінію втрачає три електрона з зовнішнього рівня і набуває ступінь окислення +3. Алюміній є високоактивним металом і проявляє дуже сильні відновні властивості.

Взаємодія алюмінію з простими речовинами

з киснем

При контакті абсолютно чистого алюмінію з повітрям атоми алюмінію, що знаходяться в поверхневому шарі, миттєво взаємодіють з киснем повітря і утворюють найтоншу, товщиною в кілька десятків атомарних шарів, міцну оксидну плівку складу Al 2 O 3, яка захищає алюміній від подальшого окислення. Неможливо і окислення великих зразків алюмінію навіть при дуже високих температурах. Проте, дрібнодисперсний порошок алюмінію досить легко згоряє в полум'ї пальника:

4Аl + 3О 2 \u003d 2Аl 2 О 3

з галогенами

Алюміній дуже енергійно реагує з усіма галогенами. Так, реакція між перемішані порошками алюмінію та йоду протікає вже при кімнатній температурі після додавання краплі води в якості каталізатора. Рівняння взаємодії йоду з алюмінієм:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

З бромом, які представляють собою темно-буру рідину, алюміній також реагує без нагрівання. Зразок алюмінію досить просто внести в рідкий бром: тут же починається бурхлива реакція з виділенням великої кількості тепла і світла:

2Al + 3Br 2 \u003d 2AlBr 3

Реакція між алюмінієм і хлором протікає при внесенні нагрітої алюмінієвої фольги або дрібнодисперсного порошку алюмінію в заповнену хлором колбу. Алюміній ефектно згорає в хлорі відповідно до рівняння:

2Al + 3Cl 2 \u003d 2AlCl 3

з сіркою

При нагріванні до 150-200 о С або після підпалювання суміші порошкоподібних алюмінію і сірки між ними починається інтенсивна екзотермічна реакція з виділенням світла:

— сульфід алюмінію

з азотом

При взаємодії алюмінію з азотом при температурі близько 800 o C утворюється нітрид алюмінію:

з вуглецем

При температурі близько 2000 o C алюміній взаємодіє з вуглецем і утворює карбід (метанід) алюмінію, що містить вуглець в ступені окислення -4, як в метані.

Взаємодія алюмінію зі складними речовинами

з водою

Як вже було сказано вище, стійка і міцна оксидна плівка з Al 2 O 3 не дає алюмінію окислюватися на повітрі. Ця ж захисна оксидна плівка робить алюміній інертним і по відношенню до води. При знятті захисної оксидної плівки з поверхні такими методами, як обробка водними розчинами лугу, хлориду амонію або солей ртуті (амальгірованіе), алюміній починає енергійно реагувати з водою з утворенням гідроксиду алюмінію і газоподібного водню:

з оксидами металів

Після підпалювання суміші алюмінію з оксидами менш активних металів (правіше алюмінію в ряду активності) починається вкрай бурхлива сильно-екзотермічна реакція. Так, у разі взаємодії алюмінію з оксидом заліза (III) розвивається температура 2500-3000 о С. В результаті цієї реакції утворюється Високочисте розплавлене залізо:

2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Аl 2 О 3

Даний метод отримання металів з їх оксидів шляхом відновлення алюмінієм називається алюмотермією або алюминотермии.

з кислотами-неокислителях

Взаємодія алюмінію з кислотами-неокислителях, тобто практично всіма кислотами, крім концентрованої сірчаної та азотної кислот, призводить до утворення солі алюмінію відповідної кислоти і газоподібного водню:

а) 2Аl + 3Н 2 SO 4 (разб.) \u003d Аl 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Аl 0 + 6Н + \u003d 2Аl 3+ + 3H 2 0;

б) 2AI + 6HCl \u003d 2AICl 3 + 3H 2

з кислотами-окислювачами

-концентрірованной сірчаною кислотою

Взаємодія алюмінію з концентрованої сірчаної кислотою в звичайних умовах, а також низьких температурах не відбувається внаслідок ефекту, званого пасивацією. При нагріванні реакція можлива і призводить до утворення сульфату алюмінію, води і сірководню, який утворюється в результаті відновлення сірки, що входить до складу сірчаної кислоти:

Таке глибоке відновлення сірки зі ступенем окислення +6 (в H 2 SO 4) до ступеня окислення -2 (в H 2 S) відбувається завдяки дуже високій відновлювальної здатності алюмінію.

- концентрованою азотною кислотою

Концентрована азотна кислота в звичайних умовах також пасивує алюміній, що робить можливим її зберігання в алюмінієвих ємностях. Так само, як і в випадку з концентрованої сірчаної, взаємодія алюмінію з концентрованою азотною кислотою стає можливим при сильному нагріванні, при цьому переважно протікає реакція:

- розведеною азотною кислотою

Взаємодія алюмінію з розведеною в порівнянні з концентрованою азотною кислотою призводить до продуктам більш глибокого відновлення азоту. Замість NO в залежності від ступеня розведення можуть утворюватися N 2 O і NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO 3 (разб.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3 (оч. Разб) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O

з лугами

Алюміній реагує як з водними розчинами лугів:

2Al + 2NaOH + 6H 2 O \u003d 2Na + 3H 2

так і з чистими лугами при сплаву:

В обох випадках реакція починається з розчинення захисної плівки оксиду алюмінію:

Аl 2 О 3 + 2NaOH + 3H 2 O \u003d 2Na

Аl 2 О 3 + 2NaOH \u003d 2NaAlO 2 + Н 2 О

У разі водного розчину алюміній, очищений від захисної оксидної плівки, починає реагувати з водою по рівнянню:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2

Утворений гідроксид алюмінію, будучи амфотерним, реагує з водним розчином гідроксиду натрію з утворенням розчинної тетрагідроксоалюміната натрію:

Al (OH) 3 + NaOH \u003d Na