"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Оксид Al₂O₃ и гидроксид Al(OH)₃ — важнейшие соединения алюминия. Они отличаются твёрдостью, тугоплавкостью и амфотерностью: реагируют не только с кислотами, но и со щелочами. Гидроксид получают в виде осадка из раствора соли, добавляя щёлочь без избытка. При взаимодействии со щелочами образуются алюминаты, например NaAlO₂, а соли алюминия широко используют в промышленности и очистке воды.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Оксид алюминия — соединение алюминия с кислородом состава Al₂O₃. Это твёрдое и тугоплавкое вещество, поэтому оно выдерживает сильный нагрев и используется в материалах высокой прочности. Твёрдость и тугоплавкость Al₂O₃ связаны с прочными связями между частицами вещества.
Гидроксид алюминия имеет формулу Al(OH)₃ и обычно представляет собой белый студенистый осадок. В воде он практически не растворяется. Его свойства особенно важны потому, что он способен реагировать и с кислотами, и со щелочами.
Амфотерность — способность вещества вступать в реакции и с кислотами, и со щелочами. Поэтому амфотерное вещество нельзя полностью отнести только к основаниям или только к кислотам. У алюминия амфотерными являются Al₂O₃ и Al(OH)₃.
Алюминаты — соли алюминия, которые образуются при взаимодействии его амфотерных соединений со щелочами. Пример формулы алюмината — NaAlO₂, алюминат натрия. Появление алюмината показывает, что гидроксид или оксид проявил кислотные свойства.
Чтобы получить Al(OH)₃, к раствору соли алюминия добавляют раствор щёлочи, например NaOH. Ионы Al³⁺ соединяются с гидроксид-ионами OH⁻, и образуется малорастворимый гидроксид: AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl. Щёлочь добавляют без избытка, потому что лишний NaOH растворит образовавшийся осадок.
С кислотой Al(OH)₃ ведёт себя как основание. Например, при взаимодействии с соляной кислотой образуются соль алюминия и вода: Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O. Гидроксид-ионы связывают ионы водорода кислоты, поэтому продуктами становятся вода и хлорид алюминия.
В избытке щёлочи гидроксид алюминия не остаётся осадком, а переходит в раствор. В условной школьной записи реакция имеет вид Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O. Образование алюмината доказывает кислотные свойства Al(OH)₃, поскольку он реагирует со щёлочью подобно кислотному оксиду.
Оксид алюминия тоже амфотерен, поэтому реагирует с кислотами и щелочами. С соляной кислотой он образует соль и воду: Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O. Со щёлочью при нагревании образуется алюминат: Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O.
Соли алюминия получают при взаимодействии алюминия или его соединений с кислотами. Например, образуются AlCl₃ и Al₂(SO₄)₃, а при реакции оксида или гидроксида с кислотой также возникают соответствующие соли. Такие вещества применяют в промышленности, при производстве материалов и для очистки воды, где соли алюминия помогают удалять взвешенные примеси.
| Характеристика | Оксид алюминия | Гидроксид алюминия | Соли алюминия |
|---|---|---|---|
| Формула или примеры формул | Al₂O₃ | Al(OH)₃ | AlCl₃, Al₂(SO₄)₃ |
| Внешний вид и растворимость в воде | Твёрдое вещество, практически не растворяется | Белый студенистый осадок, практически не растворяется | Многие соли — кристаллические вещества, растворимые в воде |
| Характер химических свойств | Амфотерный оксид | Амфотерный гидроксид | Свойства солей; реагируют с основаниями и другими веществами |
| Реакция с кислотой | Соль и вода | Соль и вода | Могут образовываться при такой реакции |
| Реакция со щёлочью | Алюминат и вода | Алюминат и вода | Возможны реакции обмена с образованием осадка |
| Пример получения | Окисление алюминия | AlCl₃ + NaOH без избытка | Взаимодействие алюминия или его соединений с кислотами |
В таблице сначала найдите формулу и внешний вид вещества, а затем сравните его реакции с кислотами и щелочами. Если соединение реагирует с обеими группами веществ, это признак амфотерности. Для гидроксида отдельно учитывайте, была ли щёлочь взята без избытка или в избытке.
Оксид алюминия — амфотерный оксид, но при взаимодействии с кислотой проявляет основные свойства. Поэтому ожидаем образование соли алюминия и воды. Нужно определить формулы продуктов и проверить баланс атомов.
Ответ: Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O.
В первой реакции гидроксид алюминия взаимодействует с кислотой как основание. Во второй реакции избыток щёлочи показывает его кислотные свойства, поэтому образуется алюминат. Состав продуктов различается, и именно это позволяет доказать амфотерность.
Ответ: Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O; Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O.
Сначала требуется получить нерастворимый гидроксид из раствора соли. Для этого берут раствор NaOH, но не добавляют его в избытке, иначе осадок растворится. Затем к осадку добавляют избыток NaOH и получают растворимый алюминат.
Ответ: AlCl₃ —NaOH, без избытка→ Al(OH)₃↓ —NaOH, избыток→ NaAlO₂.
Ошибка — считать Al(OH)₃ только основанием и не учитывать его реакцию со щёлочами. Так происходит, если ориентироваться только на наличие групп OH. Проверка простая: вспомните две реакции — с HCl образуются соль и вода, а с NaOH алюминат.
Нельзя добавлять избыток щёлочи при осаждении гидроксида. Лишний NaOH растворяет Al(OH)₃, поэтому вместо осадка получится раствор алюмината. Проверяйте условие задачи: для получения осадка щёлочь берут без избытка.
Неверные записи AlO и AlOH нарушают состав веществ. Правильные формулы определяются зарядами ионов: оксид имеет состав Al₂O₃, а гидроксид — Al(OH)₃. Перед уравниванием перепишите формулы без сокращения индексов.
Ещё одна ошибка — отсутствие коэффициентов или нарушение баланса атомов. После записи реакции пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа. Индексы внутри формул менять нельзя: для уравнивания используют только коэффициенты перед веществами.
Для понимания темы нужны знания о кислотах, основаниях, оксидах и солях, а также умение составлять уравнения обменных реакций. Формулы и заряды ионов помогают правильно определять продукты и расставлять коэффициенты.
Материал продолжает изучение алюминия и амфотерных веществ. Он пригодится при изучении свойств металлов, их соединений и качественных реакций на ионы, когда по образованию осадка или его растворению определяют состав раствора.
Почему гидроксид алюминия называют амфотерным?
Al(OH)₃ реагирует и с кислотами, и со щелочами. В реакции с кислотой он проявляет основные свойства, а в реакции со щёлочью — кислотные.
Как получить осадок гидроксида алюминия из раствора соли?
К раствору соли алюминия добавляют раствор щёлочи, например NaOH. Образуется малорастворимый осадок Al(OH)₃.
Почему для получения Al(OH)₃ щёлочь добавляют без избытка?
Гидроксид алюминия растворяется в избытке щёлочи. Поэтому при большом количестве NaOH осадок превращается в растворимый алюминат.
Какие продукты образуются при реакции Al(OH)₃ со щёлочью?
При действии избытка NaOH образуются алюминат натрия NaAlO₂ и вода: Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O.
Чем реакции оксида алюминия с кислотой и щёлочью похожи?
В обоих случаях Al₂O₃ реагирует с веществом противоположного характера и образует соль. С кислотой получается соль алюминия и вода, а со щёлочью — алюминат и вода.
§ 47. Важнейшие соединения алюминия
