Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Савчин

§ 26. АЛЮМІНІЙ: ФІЗИЧНІ ТА ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • характеризувати алюміній як просту речовину, його фізичні та хімічні властивості як представника металів;
  • складати рівняння реакцій, що підтверджують відновні властивості алюмінію (реакції з неметалами, водою, кислотами й солями в розчинах);
  • досліджувати хімічні властивості алюмінію та його відновні властивості;
  • спостерігати демонстраційні досліди, що характеризують хімічні властивості алюмінію;
  • робити висновки про фізичні та хімічні властивості алюмінію; про значення алюмінію в житті людини.

Охарактеризуйте хімічний елемент Алюміній за розміщенням у періодичній системі хімічних елементів і будовою атома.

Фізичні властивості. Як проста речовина, алюміній — метал сріблясто-білого кольору з характерним металічним блиском, електро- й теплопровідний, легкий (густина 2,7 г/см3). Це легкоплавкий метал з температурою плавлення 660 °С, тобто його можна розплавити в полум'ї пальника. Алюміній добре піддається механічній обробці — куванню, штампуванню, прокату. Завдяки цим властивостям метал набув широкого застосування.

Хімічні властивості. Алюміній — хімічно активний метал, тому у вільному стані в природі не трапляється. У сполуках проявляє ступінь окиснення +3, оскільки на зовнішньому енергетичному рівні його атома містяться три електрони, з яких два s-електрони — спарені й один р-електрон — неспарений. Розглянемо докладніше хімічні властивості алюмінію.

Взаємодія з неметалами. Як усі активні метали, алюміній вступає в хімічну взаємодію з киснем, сіркою, галогенами й вуглецем. Взаємодія з киснем відбувається за звичайних умов на повітрі. Тому всі алюмінієві вироби вкриті оксидною плівкою. Рівняння реакції:

4Al + 3O2 = 2Al2O3.

Подрібнений до порошкоподібного стану, алюміній швидко згоряє з виділенням великої кількості тепла.

За нагрівання алюміній реагує з вуглецем, утворюючи алюміній карбід:

4Al + 3С = Al4C3.

Дуже цікавою є реакція взаємодії алюмінію з йодом. Її можна спостерігати в лабораторії.

Проведемо демонстраційний дослід, дотримуючись правил безпеки.

Зверніть увагу! Цей дослід необхідно проводити під тягою.

Дослід 1. Змішаємо алюмінієвий порошок з йодом і додамо декілька крапель води (воду використаємо як каталізатор). Спостерігаємо бурхливу реакцію з утворенням алюміній йодиду фіолетового забарвлення (рис. 45). Рівняння реакції:

Рис. 45. Взаємодія алюмінію з йодом

У реакціях з неметалами алюміній віддає електрони зовнішнього енергетичного рівня й окиснюється, неметали приєднують електрони й відновлюються. Отже, алюміній є відновником.

Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії алюмінію з хлором і бромом. Визначте окисник і відновник.

Взаємодія з водою. Взаємодія алюмінію з водою відбувається так само, як у всіх хімічно активних металах. Щоб реакція відбулася, потрібно з його поверхні зняти оксидну плівку. Це можна зробити, наприклад, за допомогою наждачного паперу.

Алюміній витісняє водень з води, й утворюється алюміній гідроксид (рис. 46), що відображає рівняння реакції:

2Al + 6H2O = 2Αl(ΟΗ)3↓ + 3H2.

Рис. 46. Взаємодія алюмінію з водою

Взаємодія з кислотами. Алюміній реагує з хлоридною та розведеною сульфатною кислотами з утворенням відповідних солей та виділенням водню. Щоб переконатися в цьому, проведемо демонстраційний дослід.

Дослід 2. Помістимо на дно двох пробірок шматочки алюмінію. До першої пробірки доллємо хлоридну, а до другої — розведену сульфатну кислоти. У пробірці з хлоридною кислотою водень виділяється інтенсивніше (рис. 47, с. 130).

Рівняння реакцій відповідно:

2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2↑;

2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑.

Рис. 47. Взаємодія алюмінію з кислотами: а — хлоридною; б — розведеною сульфатною

З концентрованими нітратною та сульфатною кислотами на холоді алюміній не реагує. Однак за нагрівання реакції відбуваються за схемами:

Розгляньте реакції взаємодії алюмінію з концентрованими кислотами як окисно-відновні процеси. Визначте окисник і відновник, доберіть коефіцієнти.

Взаємодія із солями в розчині. Алюміній реагує з розчинами солей, коли металічний елемент, що входить до складу солі, є менш активним порівняно з ним. Наприклад:

2Al + 3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu.

Взаємодія з оксидами металічних елементів. Алюміній реагує з оксидами металічних елементів тільки за високих температур у діапазоні 1200-3000 °С. З алюмінієм реагують оксиди Феруму, Хрому, Мангану, Вольфраму та Кальцію. У цих реакціях алюміній проявляє відновні властивості:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr.

Цю властивість алюмінію взято за основу промислового відновлення металів. Метод відновлення металів з їхніх оксидів з використанням алюмінію називають алюмотермією.

Складіть самостійно рівняння реакцій взаємодії алюмінію з вольфрам(VI) оксидом і ферум(ІІ) оксидом. Визначте окисник і відновник, доберіть коефіцієнти.

Отже, алюміній проявляє загальні властивості металів, є добрим відновником у реакціях з неметалами, водою, кислотами, солями в розчинах і за взаємодії з оксидами металічних елементів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

Алюміній — метал сріблясто-білого кольору з характерним металічним блиском, електро- й теплопровідний, легкий, легкоплавкий, добре піддається механічній обробці.

• Як типовий активний метал, алюміній взаємодіє з неметалами, водою, кислотами, розчинами солей та оксидами неметалічних елементів.

• Алюміній реагує з розчинами солей, коли метал, що входить до складу солі, є менш активним порівняно з ним.

• З концентрованими нітратною та сульфатною кислотами алюміній реагує тільки за нагрівання.

• Метод відновлення металів з їхніх оксидів з використанням алюмінію називають алюмотермією.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Охарактеризуйте: а) елемент Алюміній за розміщенням у періодичній системі хімічних елементів і будовою атома; б) фізичні та хімічні властивості алюмінію як представника металів.
  • 2. Складіть рівняння реакцій взаємодії алюмінію з: а) бромом; б) сіркою; в) водою; г) сульфатною кислотою, розведеною та концентрованою.
  • 3. Позначте суму коефіцієнтів у реакції, поданій схемою: Al + C → Al4C3.

А 9

Б 8

В 7

Г 6

  • 4. Установіть відповідність між правими й лівими частинами рівнянь реакцій, поданих схемами.

А Al + HBr

Б Al + Br2

В Al + FeBr2

Г Al + Fe2O3

1 Al2O3 + Fe

2 AlBr3 + Fe

3 Al2O3

4 AlBr3

5 AlBr3 + H2↑.

  • 5. Позначте речовини 1, 2, 3 у ланцюгу перетворень:

A HNO3

Б KOH

В NaOH

Г NH3

  • 6. Позначте речовини 1, 2, 3, 4 у ланцюгу перетворень:

А Al

Б Al(OH)3

В Al2(SO4)3

Г Al2O3

  • 7. Алюміній масою 5,4 г повністю прореагував з хлоридною кислотою. Обчисліть масу алюміній хлориду й об'єм водню (н. у.), що утворилися внаслідок реакції.
  • 8. На алюміній масою 10,88 г подіяли бромом масою 100 г. Обчисліть масу продукту реакції та назвіть сіль.
  • 9. Алюміній кількістю речовини 0,4 моль прореагував з купрум(ІІ) сульфатом кількістю речовини 0,45 моль. Обчисліть маси відновленої міді й утвореної солі.
  • 10. Алюміній кількістю речовини 0,2 моль прореагував із сульфатною кислотою кількістю речовини 0,4 моль. Обчисліть масу й кількість речовини алюміній сульфату та об'єм (н. у.) і кількість речовини виділеного газу.