Алюминий и его соединения. Урок. Алюминий и его соединения. Положение в Периодической системе

• Название: Положение в Периодической системе
• Анкор: Алюминий и его соединения
• Дата: 01.04.2023
• Размер: 3.29 Mb.
• Имя файла: Урок. Алюминий и его соединения.ppt
• Тип: Документы; #1029461

Алюминий и его соединения

Положение в Периодической системе

Алюминий располагается в 3 периоде, в главной подгруппе 3 группы.
В атоме 3 энергетических уровня
Порядковый номер элемента – 13
Заряд ядра атома алюминия +13
Относительная атомная масса – 27
Алюминий – металл, соединения которого обладают амфотерными свойствами.

Строение атома алюминия

На внешнем электронном уровне 3 электрона (2 – спаренных s-электрона и 1 – неспаренный p-электрон) в основном состоянии и 3 неспаренных электрона в возбужденном состоянии.

Строение атома алюминия

При образовании трех ковалентных связей у атома алюминия сохраняется одна вакантная р-орбиталь, на которую он может принимать электронную пару другого атома по донорно-акцепторному механизму, например гидроксид-ион:

Нахождение в природе

По распространенности в земной коре алюминий занимает 3-е место после кислорода и кремния среди всех атомов и 1-е место — среди металлов. Встречается только в составе соединений.

Генетический ряд алюминия

Al3+

Получение алюминия

Впервые алюминий был получен датским физиком Гансом Эрстедом в 1825 году действием амальгамы калия на хлорид алюминия с последующей отгонкой ртути. Название элемента образовано от лат. aluminis — квасцы.
AlCl3 + 3K = 3KCl + Al

Получение алюминия

В настоящее время алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите Na3AlF6 (эта смесь плавится при более низкой температуре, чем сам оксид):
эл.ток
2Al2O3 = 4Al↓ + 3O2↑
Сырьем служит боксит Al2O3 •nН2О. Для электролиза используют графитовые электроды, которые при этом сгорают.
Al2O3→Al3+ + AlO33-
К(-): Al3+ + 3е→Al0
А(+):AlO33--6е→ Al2O3+3О
С+2О=СО2

Физические свойства

плотность (при 20°С) 2698,9 кг/м3;
tпл 660,24°С;
tкип около 2500°С;
Алюминий сочетает весьма ценный комплекс свойств: малую плотность, высокие теплопровод-ность и электрическую проводимость, высокую пластичность и хорошую коррозионную стойкость, обладает высокой отражательной способностью, близкой к серебру (он отражает до 90% падающей световой энергии), нетоксичность.
На воздухе алюминий покрывается тонкой, но очень прочной пленкой оксида Al2О3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокие антикоррозионные свойства.

Химические свойства

I. Реагирует со многими неметаллами:
1) Окисляется на воздухе:
t
4Al + 3O2 = 2Al2O3
2) Взаимодействует алюминия с галогенами при комнатной температуре:
2Al + 3I2 = 2AlI3 (катализатор-вода)

Химические свойства

3) Взаимодействует с углеродом при нагревании (карбид алюминия):
t
4Al + 3С = Al4С3
4) взаимодействие алюминия с серой при нагревании (сульфид алюминия):
t
2Al + 3S = Al2S3

Химические свойства

5) взаимодействие алюминия с фосфором при нагревании (фосфид алюминия):
t
Al + Р = AlР
6) взаимодействие алюминия с азотом при нагревании (нитрид алюминия):
t
2Al + N2 = 2AlN

Химические свойства

Некоторые бинарные соединения алюминия подвергаются гидролизу:
Al4С3 + 12НОН = 4Al(OH)3 + 3CH4↑
Al2S3 + 6HOН = 2Al(OH)3 + 3H2S↑
AlР + 3HOН = Al(OH)3 + PH3↑
AlN + 3HOН = Al(OH)3 + NH3↑

Химические свойства

II. Реагирует со сложными веществами.
7) Вытесняет водород из воды при удалении оксидной пленки (амальгамированый -сплавленный с ртутью):
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑

Химические свойства

8) Восстанавливает металлы из их оксидов
(алюминотермия):
8Al + 3Fe3O4 = 9Fe + 4Al2O3 + Q
(термит)
9) взаимодействует с растворами солей менее активных металлов:
2Al + 3FeCl2= 2AlCl3 + 3Fe

Химические свойства

10) Взаимодействует с кислотами (кроме HNO3, H2SO4(конц), H2SiO3):
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑
11) Взаимодействует со щелочами:
2Al + 6H2O + 2NaOH = 2Na[Al(OН)4]+ 3H2↑
сплавление
2Al + 6NaOH = 2Na3AlO3+ 3H2↑
сплавление
2Al + 6NaOH = 2NaAlO2+ 2Na2O +3H2↑
t
2Al + 2H2O + 2NaOH = 2NaAlO2+ 3H2↑

Химические свойства

12) С кислотами окислителями:
(H2SO4(конц) и HNO3(конц)-алюминий пассивируют при нормальных условиях)
с HNO3 при нагревании– NO2, N2O, N2, NO, NH3, NH4NO3
t
Al +6HNO3(конц) =Al(NO3)3 + 3NО2↑ + 3H2O
8Al +30HNO3(разб.) =8Al(NO3)3 + 3N2О↑ + 15H2O
10Al + 36HNO3(разб) =10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O
8Al + 30HNO3(оч.разб) =8Al(NO3)3 + 3NH4NО3 + 9H2O

Химические свойства

12) С кислотами окислителями:
(H2SO4(конц) и HNO3(конц)-алюминий пассивируют при нормальных условиях)
c H2SO4→ SO2, S, H2S, H2
t
2Al +6H2SO4(конц.) = Al2(SO4)3 + 3SО2↑ + 6H2O
2Al +4H2SO4(ср.конц.) =Al2(SO4)3 + S↓ + 4H2O
4Al +9H2SO4(менее конц.) =2Al2(SO4)3 + 3Н2S↑ + 6H2O
2Al +3H2SO4(разб.) =Al2(SO4)3 + 3Н2↑

Соединения алюминия. Оксид алюминия. Получение

Al2O3-очень твердый порошок белого цвета.
Образуется:
а) при окислении или горении алюминия:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
б) в реакции алюминотермии:
2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
в) при термическом разложении гидроксида:
t
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Химические свойства оксида алюминия

Al2O3 по характеру амфотерный оксид.
Взаимодействует:
а) с кислотными оксидами:
Al2O3 +3SO3 = Al2(SO4)3
б) с основными оксидами:
Al2O3 + Na2O = 2NaAlO2
в) с кислотами:
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
г) со щелочами:
Al2O3 + 2NaOH +3H2O= 2Na[Al(OН)4]
Al2O3 + 2NaOH= 2NaAlO2+ H2O (t)

Получение гидроксида алюминия

Белый аморфный нерастворимый в воде порошок, но растворимый в щелочах проявляет амфотерные свойства.
А) Взаимодействием растворимых солей алюминия со щелочами:
AlCl3(изб.) + 3NaOH = Al(OH)3↓+ 3NaCl
Б) Действием растворов кислот - по каплям на тетрагидроксоалюминаты:
Na[Al(OН)4] + HCl =Al(OH)3↓ + NaCl + H2O


В) Na[Al(OН)4] + СО2 =Al(OH)3↓ + NaНСО3

Гидроксид алюминия

Взаимодействует:
а) с кислотами:
Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O
б) со щелочами: t
Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2+ 2H2O
Al(OH)3 + NaOH(р-р) = Na[Al(OН)4]
в) при нагревании разлагается:
t
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

Соли алюминия

Орто- и метаалюминаты образуются при сплавлении алюминия, оксида алюминия и гидроксида алюминия с карбонатами, оксидами и гидроксидами щелочных металлов:
сплавление
2Al+6NaOH=2Na3AlO3+3H2
сплавление
Al2O3 + К2СO3 = 2КAlO2 + СО2↑
сплавление
Al2O3 + К2O = 2КAlO2
сплавление
Al2O3 + 2NaOН = 2NaAlO2 + Н2О↑

Соли алюминия

Орто- и метаалюминаты разлагаются кислотами
КAlO2 + 4HCl = KCl + AlCl3 + 2H2O
К3AlO3 + 6HCl = 3KCl + AlCl3 + 3H2O

Тетрагидроксалюминаты Получение

1. Взаимодействие растворимых солей алюминия с избытком щелочи:
AlСl3+ 4NaОН(изб.) = Na[Al(OН)4] +3NaCl
2. Взаимодействие алюминия, оксида алюминия, гидроксида алюминия с избытком раствора щелочи:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OН)4]+ 3H2↑
Al2O3 + 2NaOH +3H2O= 2Na[Al(OН)4]
Al(OH)3 + NaOH= Na[Al(OН)4]
3. NaAlO2 + 2H2O = Na[Al(OН)4]

Тетрагидроксалюминаты Химические свойства

1. Взаимодействуютс кислотами:
а) по каплям:
Na[Al(OН)4] +HCl=NaCl + Al(OH)3↓+Н2О
осадок белого цвета б) в избытке:
Na[Al(OН)4] +4HCl = NaCl+AlСl3+ 4H2O
2. При нагревании разлагаются:
Na[Al(OН)4] = NaAlO2+ 2H2O (t)
В среде концентрированной щелочи в растворе присутствуют также и гексагидроксоалюминат-ионы [Al(OН)6]3-

Соединения алюминия

Al2O3 – оксид алюминия
В природе существует несколько разных по строению модификаций оксида алюминия. Наиболее устойчива модификация, называемая корундом.
Корунд - оксид алюминия - наиболее твердое вещество на Земле после алмаза.


Корунд


Мелко кристаллические непрозрачные разновидности серовато-черного цвета называют наждаком и применяется в качестве абразивного материала.


13


Корунд


Корунд удивительно многолик. В коллекции минералогического музея Санкт-Петербургского горного института хранятся корунды более 40 оттенков: красных, синих, зеленых, оранжевых, желтых цветов.


14


Корунд


15


Корунд


16


Корунд


17


Корунд


Наиболее драгоценными корундами являются рубины и сапфиры. Их окраска, как и во всех прочих случаях, обусловлена различными примесями.
Так, Cr3+ придает камню красный цвет (рубин).


18


Корунд


Ti4+ , Fe2+ , Fe3+ придают синий цвет (сапфир)


19


Применение сапфиров


знаменитые сапфиры английской королевской семьи


Корунд


Эти разновидности благородного корунда наряду с алмазами и изумрудом занимают высшее место в классификации драгоценных камней.


20


Применение рубинов

Применение алюминия. В строительстве:

Из общемирового объема производимого алюминия 20% идет на строительство. Редкое здание сегодня возводится без использования алюминия, используются такие качества алюминия, как:
― легкость
― прочность
― устойчивость к коррозии
― легкоплавкость


Из него делают подвесные стены и потолки, оконные рамы, жалюзи, двери, лестницы, всевозможные стенные панели и перегородки, строят дома и торговые центры, стадионы и мосты.

Применение алюминия.

Тара и упаковка .


Фольга — второй по популярности вариант алюминиевой упаковки.
Алюминиевая упаковка защищает от света, влаги, бактерий и неприятных запахов, отлично сохраняет вкус и аромат и удобна в транспортировке.


Первая алюминиевая банка для напитков появилась
не так давно — в 1972 году.

Применение алюминия.

Транспорт


Чтобы создать современное транспортное средство, будь то автомобиль, поезд, океанский лайнер или космический корабль, необходим алюминий. Поэтому транспортная индустрия — его главный мировой потребитель.


Алюминий занимает первое место среди металлов, используемых в самолетостроении — недаром этот металл называют «крылатым».

Применение алюминия.

Транспорт


Из легкого металла делают вагоны суперскоростных поездов и современные вагоны метро.
Судостроители настолько ценят прочность и износостойкость этого металла, что даже создают корабли, сделанные из него целиком.
Алюминий широко используют при создании космических кораблей.
На алюминий приходится от одной двадцатой до половины веса ракеты и до 90% веса «шаттла».

Применение алюминия.

Фармацевтика


С 1926 года для усиления действия вакцин используют алюминиевые соли.
На основе алюминия производят наиболее эффективные антациды.
Гидроокись алюминия, хорошо
нейтрализующая кислоту, нужна
для лечения язвенных болезней,
диспепсии, раздражения
желудка. Для этих же целей подходит
фосфат алюминия.
Дезодорант - антиперспирант тоже содержит в своем составе соединения алюминия.

Применение алюминия.

Электрика и машиностроение


Алюминий прекрасно проводит электричество.
Более 25% алюминия, производимого в России, используется в электрике и машиностроении.
С 1940-х годов алюминий почти полностью заменил медь в высоковольтных линиях.
Цоколь обычной электрической лампочки сделан именно из алюминия — роль, которую алюминий отвоевал у латуни еще в 50-х годах прошлого века.

Используя схему, напишите уравнения реакций 1 - 9

H2SO4 Cl2
1 3
O2 2
NaOH HNO3
6 4
NaOH
HCl 5 t°
7 9
KOH 8


Al


Al2O3


Al2(SO4)3


?


?


?


?


?


Al(OH)3
H3AlO3


?

Задача

Дана смесь из алюминия, оксида алюминия и гидроксида алюминия. Если её обработать гидроксидом натрия, то выделяется 6,72 л газа, при взаимодействии этой смеси с водородом, образуется 5,4 г твердого вещества, а если смесь обработать соляной кислотой, то образуется 200,25 г соли. Определите массовые доли веществ в данной смеси.
Ответ: w(Al)= 5,4%, w(Al2O3)= 10%, w(Al(OH)3)=84,6%

Домашнее задание:

§ 16 , ТПО стр. 89-90.