Алуминий и неговите съединения

Смейте да бъдете умни!

У дома
Практическа задача
Химия
Алуминий и неговите съединения

Алуминий и неговите съединения

Министерство на образованието на България

GOU VPO "Кемеровски държавен университет"

Катедра по неорганична химия

Алуминий и неговите съединения

Написано от: Kalimullova N.I.

студент гр. X-111

Проверено от: Кожухова Т.Ю.

Алуминий? nii - елемент от 13-та група на периодичната таблица на химичните елементи (според остарялата класификация - елемент от главната подгрупа на група III), от третия период, с атомен номер 13. Означава се със символа Al (лат. Aluminium). Принадлежи към групата на леките метали. Най-разпространеният метал и третият най-често срещан химичен елемент в земната кора (след кислорода и силиция).

Обикновено вещество алуминий (CAS номер: 7429-90-5) е лек, парамагнитен метал със сребристо-бял цвят, който лесно се формова, лее, обработва машинно. Алуминият има висока топло- и електрическа проводимост, устойчивост на корозия поради бързото образуване на силни оксидни филми, които предпазват повърхността от по-нататъшно взаимодействие.

Физико-химични свойства на алуминия

Алуминият е най-важният лек метал.

Нека поставим лента от листов алуминий или парче алуминиева тел в несветещата част на пламъка на Бунзенова горелка. Металът ще бъде покрит с плътен слой от алуминиев оксид Al2O3. Чистият алуминий се топи при 658°C, но това няма да се случи в този случай, тъй като е защитен от оксиден филм.

Алуминиевият оксид се топи при 2700°C в кислородно-водородна горелка или в електрическа дъга. Претопеният алуминиев оксид има висока твърдост. Използва се катосинтетичен корунд в производството на камъни за часовници. Замърсеният корунд се използва като абразив (шмиргел). Скъпоценните камъни - рубин и сапфир - се състоят от алуминиев оксид със следи от оцветяващи добавки (оксиди на хром, кобалт и титан). Сега те се получават синтетично.

За да открием алуминий, ние разтваряме малко количество от изследвания метал. Това обаче не е толкова лесно да се направи, тъй като оксидният филм, винаги присъстващ на повърхността, предпазва метала от по-нататъшно разрушаване от разредени киселини. Дори концентрираната азотна киселина (в която се разтварят повечето метали) почти не унищожава алуминия, тъй като защитната способност на оксидния филм под неговото окислително действие се подобрява допълнително. (Проверете!) Ако полеем алуминиевите стружки с концентрирана солна киселина, първоначално няма да забележим реакция. Само след известно време металът ще започне да се разтваря с образуването на алуминиев хлорид и отделянето на водород. Тъй като реакцията е екзотермична, сместа се нагрява и разтварянето се засилва. Съдържанието на чашата може накрая да заври и да се разпени.

Внимателно! Използвайте само малки количества! Тъй като киселината може да се разлее, спазвайте дистанция и носете предпазни очила! Разреждаме получения разтвор и провеждаме няколко реакции с него. Когато към него се добави разреден разтвор на сода каустик, желатинообразният безцветен алуминиев хидроксид се утаява:

AlCl3 + 3NaOH => 3NaCl + Al(OH)3

При допълнително добавяне на концентриран разтвор на натриев хидроксид се образува разтворим натриев алуминат:

Al(OH)3 + 3NaOH => Na3[Al(OH)6]

Амонякът също утаява алуминиев хидроксид, но при излишък от амоняк утайката не се разтваря, докато хидроксидътцинкът се разтваря, образувайки комплексно съединение.

Филтрирайте малко алуминиев хидроксид. Изсушете филтъра с утайка и след това го загрейте върху въглища в пламъка на горелка. В този случай алуминиевият хидроксид отделя водата и се превръща в оксид, който при нагряване дава ярко бяло сияние. Оставете го да се охлади малко и го навлажнете с няколко капки силно разреден разтвор на кобалтова сол. Ако след това оксидът се запали известно време с горелка, масата ще стане синя в резултат на образуването на кобалтов алуминат (тенардно синьо).

Както при откриването на цинк, можем да добавим кобалтов нитрат или хлорид директно към разтвора, след това да накиснем лента от филтърна хартия в получения разтвор и да запалим силно пепелта, получена чрез изгарянето му. Всеки, който, противно на инструкциите, използва хартия за писане, почти във всички случаи ще получи положителен резултат, тъй като алуминиевите съединения се използват за импрегниране на хартия.

За експеримента е необходимо да се вземат следните реактиви: 4,8 g калиев нитрат (може да се замени с бариев нитрат), 4 g железни стружки, 0,8 g алуминиев прах и 1,6 g нишесте (декстрин). Бавно добавете вода към сухата смес, докато се получи кремообразна маса. Телта се намазва със сместа на два етапа. След изсъхване свещите се палят.

РЕАКЦИЯ НА БРОМ И АЛУМИНИЙ.

Ако няколко милилитра бром се поставят в епруветка, изработена от топлоустойчиво стъкло и внимателно се спусне парче алуминиево фолио в нея, след известно време (необходимо бромът да проникне през оксидния филм) ще започне бурна реакция. От отделената топлина алуминият се топи и под формата на малка огнена топка се търкаля по повърхността на брома (плътността на течния алуминий е по-малка от плътността на брома), като бързо намалява по размер. епруветкаизпълнен с бромни пари и бял дим, състоящ се от най-малките кристали алуминиев бромид:

РЕАКЦИЯ С ЙОД И АЛУМИНИЙ.

Смесете в порцеланова чаша малко количество йод на прах с алуминиев прах. Докато реакцията не се забелязва: при липса на вода тя протича изключително бавно. С помощта на дълга пипета капнете няколко капки вода върху сместа, която играе ролята на инициатор, и реакцията ще протече бурно – с образуване на пламък и отделяне на лилави пари от йод.

ХИМИЧЕСКИ ЕКСПЕРИМЕНТ С ИЗЧЕЗВАНЕТО НА АЛУМИНИЕВА ЛЪЖИЦА

Кой не знае, че алуминиевите съдове издържат десетилетия? Но понякога се случват удивителни неща: тя буквално изчезва пред очите ни. Вземете алуминиева лъжица и внимателно я почистете с финозърнеста шкурка, след което я обезмаслете, като я потопите в ацетон за 5-10 минути. След това потопете лъжицата за няколко секунди в разтвор на живачен (II) нитрат (Внимание! Живачните съединения са отровни!), съдържащ 3,3 g Hg (NO3) 2 в 100 ml вода. Веднага след като алуминиевата повърхност в разтвора на живачна сол стане сива, лъжицата трябва да се извади, да се измие с преварена вода и да се изсуши, като се попие (но не се избърше) с филтър или тоалетна хартия. Чудесата ще започнат пред очите ви: метална лъжица постепенно ще се превърне в бели пухкави люспи и скоро от нея ще остане само неописуема сивкава купчина "пепел".

Al + 3 Hg(NO3)2 = 3 Hg + 2 Al(NO3)3.

Какво стана? Алуминият е химически активен метал. Обикновено е защитен от атмосферен кислород и влага чрез тънък оксиден филм на повърхността си. Чрез третиране на алуминий с живачна сол ние унищожихме защитния филм. Намирайки се в разтвор на живачен нитрат, алуминият измества металния живак от солта. Върху почистената повърхност на лъжицата се появява тънък слой алуминиева амалгама(сплав от алуминий и живак). Амалгамата не предпазва повърхността на метала и той се превръща в пухкави люспи от алуминиев метахидроксид AlO(OH). Металът, изразходван в тази реакция, се допълва с нови порции алуминий, разтворен в живак. И сега, вместо лъскава лъжица, върху хартията остават алуминиев метахидроксид и малки капчици живак. Ако след разтвор на живачен нитрат алуминиева лъжица веднага се потопи в дестилирана вода, тогава на повърхността на метала ще се появят газови мехурчета и люспи от бяло вещество. Това са водород и алуминиев метахидроксид.

Алуминият се държи по подобен начин във воден разтвор на меден хлорид СuCl2. Опитайте да спуснете почистена и обезмаслена алуминиева плоча в този разтвор. Ще видите образуването на кафяви люспи от метална мед и освобождаване на газови мехурчета. Изолирането на медта е разбираемо: по-химически активният метал алуминий измества медта от нейните соли. Но как да обясним отделянето на газ? Оказва се, че в този случай защитният филм върху алуминиевата повърхност също се разрушава и тя започва да отделя водород от водата и да се превръща в алуминиев метахидроксид.

Неочакван защитник на алуминия е концентрираната азотна киселина. За да се провери това, почистената и обезмаслена алуминиева тел се спуска в епруветка, напълнена до една трета от нейната височина с концентрирана азотна киселина, и след 5 минути се изважда и изплаква с вода. Сега потопете жицата в друга епруветка с разредена (1:1) солна киселина. Тази част от телта, която е била в концентрирана азотна киселина, ще остане непроменена и на повърхността на останалата (горна) част от телта ще започне енергично отделяне на газ. Има химическа реакция, алуминият се разтваря в киселина с отделяне на водород и AlCl3. Пасивира концентрирана азотна киселинаалуминий, което води до появата на най-тънкия защитен филм върху активните зони на повърхността му. Предпазва металната повърхност от контакт със солна киселина.

ГОРЕНЕ НА АЛУМИНИЙ ВЪВ ВЪЗДУХ.

За експеримента е необходимо да вземете алуминиев прах и да го поставите в епруветка. Алуминиевият прах се изгаря лесно, тъй като зоната на контакт с кислорода е много голяма. Ще подадем въздух през тръбата в епруветката, въздухът ще издуха алуминиев прах от епруветката. В пламъка на горелката праховите частици, мигащи, изгарят.

АМФОТЕРНИ СВОЙСТВА НА АЛУМИНИЕВИЯ ХИДРОКСИД.

Нека вземем алуминиев хидроксид, за да изследваме свойствата му. За да направите това, разтвор на алуминиев хлорид се комбинира с разтвор на амоняк, утайка от алуминиев хидроксид се утаява.

AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3 + 3NH4Cl

Уверете се, че алуминиевият хидроксид е амфотерна основа. Добавяме алкален разтвор към една от епруветките, хидроксидната утайка се разтваря. Във втората епруветка добавяме разтвор на солна киселина, утайката от алуминиев хидроксид се разтваря, както в предишната епруветка. Основите, които реагират с разтвори на основи и киселини, се наричат амфотерни.

Алуминиевите йони могат да бъдат открити с разтвор на амоняк. Разтворът на амоняк се добавя към разтвора на алуминиев хлорид, образува се полупрозрачна, желатинова утайка от алуминиев хидроксид. Реакцията с амоняк е качествена реакция към алуминиевия йон.

РЕАКЦИЯ НА АЛУМИНИЙ С АЛКАЛ И ВОДА.

Алуминият е активен метал. Въпреки това, поради силния оксиден филм, неговата активност е слабо забележима. Алуминият не реагира с вода, т.к върху металната повърхност има плътен оксиден филм. Оксидният филм може да бъде отстранен с алкали, когато филмът се разтвори, металът започва да реагира бурно с алкали и се отделя водород. Да проверим дали водата ще действа от изпуснататафилми върху алуминиева повърхност? Необходимо е да се отстрани алкалът и да се изплакне металната повърхност с дестилирана вода. Алуминият реагира с вода! Отделя се водород и се образува неразтворим алуминиев хидроксид. Ако счупите плътния, естествен филм от алуминий, той лесно се разрушава дори във вода.

НЕОБИЧАЙНА ЕКЦЕСИОННА РЕАКЦИЯ.

Смесете добре смес от 12 g алуминиев прах и 8,5 g железен оксид Fe2O3. Поставете го в голям железен тигел и го поставете в пясъчна баня. Можете да подпалите сместа с магнезиева лента или смес от калиев перманганат и глицерин (1 g калиев перманганат и 2-3 капки глицерин). Сместа гори с ослепителна светлина и силна топлина. Уравнение на алуминотермична реакция:

Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3

Опитът показва процес, често използван в инженерството за заваряване на масивни метални продукти и получаване на метали. Експериментирайте с очила и маска под теглене.

С помощта на алуминотермията е възможно да се извърши интересен СИНТЕЗ на СКЪПОЦЕНЕН КАМЪК - рубин, минерал, хром, който придава на кристала характерен цвят.

Пригответе смес от 1 g алуминиев прах и 0,5 g хромен оксид (3) и разбъркайте добре. Изсипете 2,5 g калциев флуорид на дъното на железния тигел (той ще действа като флюс, който намалява точката на топене на сместа), изсипете предварително приготвената смес отгоре и след това запалителната смес (0,6 g KNO3 и 0,2 g глюкоза или захар). Тигелът се поставя под течение в пясъчна баня. Фиксирайте стоманена тръба с диаметър 0,5-1 cm и дължина 10-15 cm в стойка и я насочете вътре в тигела, прикрепете кислородна възглавница към тръбата с помощта на дълъг гумен маркуч със скоба.

Регулирайте потока кислород и запалете сместа в тигела с кибрит. Реакцията протича с ослепителен блясък, тъй като взривяването на кислородповишава температурата на горене. След охлаждане на реакционните продукти могат да се видят много бледорозови рубинени кристали на повърхността и на счупванията на синтерованите вещества. Уравнение на реакцията:

Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

опит в химията на алуминия

.Тиванова Л.Г. Демонстрационен химичен експеримент / [Текст]// Кемерово, 2000, - 4с.

.Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимателни задачи и ефективни експерименти по химия / [Текст] / / Bustard, M., 2002, -306s.

.Орлик Г.Ю. Химически калейдоскоп / [Текст] / / Народна асвета, М., 1988, - 32s.

Обучение

Нашите експерти ще съветват или предоставят услуги за обучение по теми, които ви интересуват.Изпратете заявкас тема още сега, за да разберете за възможността за получаване на консултация.