"Химия", Журин А.А.
Соединения алюминия — оксид Al₂O₃, гидроксид Al(OH)₃ и соли, включая алюминаты. Их главная особенность — амфотерность: оксид и гидроксид реагируют и с кислотами, и со щелочами. В параграфе разобраны способы получения этих веществ, уравнения реакций и цепочки превращений. Эти знания помогают понять свойства алюминиевых руд и способы получения металла.
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 белое вещество, почти нерастворимое в воде; в природе оно входит в состав корунда, бокситов и других руд. Формула нужна для определения соотношения атомов и составления уравнений реакций.
Гидроксид алюминия — основание состава Al(OH)₃, содержащее атом алюминия и три гидроксогруппы. Он выпадает в виде белого студенистого осадка и практически не растворяется в воде. По его реакциям можно распознать амфотерность алюминия.
Амфотерность — способность соединения взаимодействовать и с кислотами, и со щелочами. Поэтому Al₂O₃ и Al(OH)₃ проявляют двойственные свойства: с кислотами ведут себя как основные соединения, а со щелочами — как кислотные. Это объясняет образование разных продуктов реакции.
Алюминат — соль алюминиевой кислоты, например NaAlO₂ или KAlO₂. В водном растворе алюминаты часто записывают как комплексные соединения, например Na[Al(OH)₄]. Понятие помогает правильно определить продукт взаимодействия соединений алюминия со щёлочью.
При нагревании или обычном поджигании алюминий соединяется с кислородом: 4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃. На поверхности металла быстро появляется плотная плёнка оксида, которая изолирует алюминий от воздуха и воды. Поэтому Al₂O₃ отличается высокой устойчивостью, а сам металл при обычных условиях не ржавеет так быстро, как железо.
Оксид алюминия амфотерен, потому что его свойства занимают промежуточное положение между основными и кислотными. В кислоте ионы водорода связываются с кислородом оксида, образуются вода и соль алюминия: Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O. Со щёлочью оксид образует алюминат, например Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O.
Гидроксид алюминия получают обменной реакцией между растворимой солью алюминия и щёлочью. Например, при добавлении NaOH к AlCl₃ возникает осадок: AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl. Если щёлочи слишком много, осадок не сохраняется: амфотерный гидроксид растворяется с образованием растворимого алюмината.
С кислотами Al(OH)₃ реагирует как основание, потому что его гидроксогруппы соединяются с ионами водорода. Например: Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O. В растворе щёлочи гидроксид проявляет кислотные свойства и переходит в алюминат: Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O.
Соединения алюминия можно связать в последовательную цепочку превращений. Металл окисляется до оксида, оксид с кислотой превращается в соль, из соли осаждают гидроксид, а действием избытка щёлочи получают алюминат. Такой порядок показывает, как меняется состав вещества при подборе разных реагентов.
| Характеристика | Al₂O₃ | Al(OH)₃ | Алюминаты |
|---|---|---|---|
| Состав и внешний вид | Белое твёрдое вещество, Al₂O₃ | Белый студенистый осадок, Al(OH)₃ | Соли алюминиевой кислоты: NaAlO₂, KAlO₂ |
| Получение | Окисление алюминия кислородом | Осаждение из раствора соли щёлочью | Взаимодействие Al₂O₃ или Al(OH)₃ со щёлочью |
| Реакция с кислотами | Соль и вода | Соль и вода | Обычно не рассматривается как главное свойство |
| Реакция со щелочами | Образуются алюминаты | Растворяется в избытке щёлочи с образованием алюмината | Находятся в растворе или расплаве |
| Типичные уравнения реакций | Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O | AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl | Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O |
| Практическое значение | Сырьё для получения алюминия, огнеупорный материал | Лабораторное получение и изучение амфотерности | Промежуточные продукты переработки алюминиевых руд |
Сначала найдите в таблице состав и способ получения нужного вещества, затем сравните его реакции с кислотами и щелочами. Строка с уравнениями помогает проверить формулы и коэффициенты. Если вещество реагирует в обоих направлениях, это признак амфотерности.
Составьте уравнения реакций Al₂O₃ с соляной кислотой и гидроксидом натрия. Нужно учесть, что оксид амфотерен и в двух реакциях образует разные продукты.
Ответ: получены два уравнения. Они доказывают амфотерность Al₂O₃: с кислотой образуется соль, а со щёлочью — алюминат.
Получите гидроксид алюминия из раствора соли, а затем покажите его реакции с кислотой и щёлочью. В качестве соли возьмём AlCl₃, а щёлочь будем добавлять сначала без избытка.
Ответ: Al(OH)₃ получают осаждением, но избыток NaOH мешает выделить осадок. Две последние реакции показывают амфотерность гидроксида.
Осуществите превращение Al → Al₂O₃ → AlCl₃ → Al(OH)₃ → алюминат натрия. Для каждого перехода выбираем реагент, который меняет состав вещества в нужном направлении.
Ответ: цепочка составлена. Проверка показывает, что в каждом уравнении совпадает число атомов каждого элемента слева и справа.
Первая ошибка — считать Al₂O₃ только основным оксидом. Так думают, потому что он реагирует с кислотами, но проверка проста: нужно вспомнить реакцию со щёлочью и образование алюмината.
Вторая ошибка — записывать растворение Al(OH)₃ в избытке щёлочи как обычную нейтрализацию. При этом забывают о втором свойстве гидроксида; в продукте обязательно должен появиться алюминат.
Третья ошибка — получать Al(OH)₃ реакцией алюминия или его оксида с водой. В школьных условиях используют растворимую соль алюминия и щёлочь, причём отсутствие избытка щёлочи проверяют по сохранению осадка.
Четвёртая ошибка — путать индексы и коэффициенты в формулах алюминатов. Сначала определите заряд алюминия и состав соли, затем уравняйте атомы; после этого отдельно проверьте каждый элемент.
Для понимания темы нужны знания о строении атома алюминия, его положении в Периодической системе и общих свойствах металлов. Также пригодятся умения составлять формулы оксидов, оснований и солей, а затем уравнивать реакции обмена и нейтрализации. Амфотерность встретится при изучении качественных реакций, алюминиевых руд и способов получения металлов.
Почему Al2O3 называют амфотерным оксидом?
Al₂O₃ реагирует не только с кислотами, как основные оксиды, но и со щелочами, как кислотные оксиды. В кислотах он образует соли алюминия, а со щелочами — алюминаты.
Почему гидроксид алюминия выпадает в осадок, но растворяется в избытке щёлочи?
При добавлении небольшого количества щёлочи образуется малорастворимый Al(OH)₃, поэтому выпадает белый осадок. В избытке щёлочи он реагирует с ней и превращается в растворимый алюминат.
Как получить Al(OH)3 из соли алюминия?
К раствору соли алюминия добавляют раствор щёлочи, например NaOH. Образуется осадок: AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃↓ + 3NaCl; щёлочь нельзя брать в избытке.
Чем отличаются реакции Al2O3 с кислотой и со щёлочью?
С кислотой оксид образует соль алюминия и воду: Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O. Со щёлочью образуется алюминат, например NaAlO₂: Al₂O₃ + 2NaOH = 2NaAlO₂ + H₂O.
Как составить цепочку превращений соединений алюминия?
Для каждого перехода нужно подобрать реагент, который обеспечивает нужное превращение. Например, алюминий окисляют кислородом, оксид растворяют в кислоте, из соли осаждают гидроксид, а затем растворяют его в избытке щёлочи.
39. Соединения алюминия
