Классный урок на «Радио России – Тамбов», эфир 15 мая 2020 года
Автор ГТРК «ТАМБОВ» На чтение 11 мин. Просмотров 821 Опубликовано
В уроке химии для девятиклассников кандидат технических наук, учитель химии из 29-го тамбовского лицея Елена Эдуардовна Дегтерева рассказывает о способах получения, физических и химических свойствах алюминия.
Алюминий. Получение алюминия. Физические и химические свойства. Применение.
Сегодня я хочу рассказать о самом распространённом металле в земной коре, о алюминии. Алюминий по распространённости в природе занимает 1-е среди металлов и 3-е место среди элементов, уступая только кислороду и кремнию.
Элемент алюминий расположен в III группе, главной подгруппе, 3 периоде периодической системы, порядковый номер 13, относительная атомная масса Ar(Al) → 27.
Название элемента образовано от латинского алюмен, так в древности называли квасцы, которые использовали для крашения тканей.








- С галогенами (с такими как Cl2 и Вr2). Реакция протекает бурно при комнатной температуре:
2Al + 3Сl2 → 2AlСl 3 хлорид алюминия2Al + 3 Вr2 → 2AlВr2 бромид алюминия Очень интересно протекает реакция алюминия с йодом. Если смешать порошок алюминия и йода то реакция не начнётся, для инициации реакции в смесь добавляют каплю воды, от которой происходит смачивание компонентов и смесь загорается сама собой с выделением фиолетового дыма из паров йода, таким образом вода в этой реакции является катализатором.
- Для начала реакции с другими неметаллами (с S, C, N2, Р), требуется нагревание, зато дальнейшее взаимодействие, сопровождается выделением большого количества теплоты.
При этом образуются бинарные соединения 2Al + 3S → Al2S3 сульфид алюминия 4Al + 3C → Al4C3 карбид алюминия 2Al +N2 → 2AlN нитрид алюминия Al + P → AlP фосфид алюминия
- С водородом Al непосредственно не реагирует.
При нагревании на воздухе алюминий окисляется с поверхности, не загораясь, и образуется оксид алюминия Al2O3.
4Аl + 3O2 = 2Al2O3 +Q
Алюминий соединяется с кислородом воздуха и при обычной температуре, на его поверхности тотчас образуется тончайшая, плотная плёнка, она трудно проницаема для кислорода и предохраняет металл от дальнейшего окисления.
Если же сильно нагреть фольгу алюминия или порошок алюминия, то они воспламеняются и сгорают ослепительным пламенем.
Способность порошка алюминия гореть ослепительным пламенем используется в пиротехнике – производстве бенгальских огней, салютов, фейерверков.
Алюминий реагирует со сложными веществами: 1.Так очищенный от оксидной плёнки алюминий способен реагировать с водой. От защитной плёнки можно избавиться механически (очистив поверхность наждачной бумагой) и химически, погрузив алюминий на несколько минут в раствор кислоты, щёлочи или в жидкую ртуть. В результате реакции с водой образуется гидроксид алюминия и водород.
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2
- Одно из важнейших химических свойств алюминия – способность вытеснять металлы из их оксидов – используют в металлургии. Этим способом получают хром, железо, марганец, ванадий, титан, цирконий. Этот метод получения простых веществ металлов называется алюмотермией:
2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
Для получения высоких температур, используют реакцию, сгорания термитной смеси — смеси оксида железа (II и III) и порошка алюминия:
8Al + 3Fe3O4 =4 Al2O3 + 9Fe
Выделяющейся в этой реакции теплоты достаточно для расплавления получающегося железа, потому этот процесс используют для сварки и резки стальных изделий.
3. Как активный металл алюминий реагирует с растворами кислот с выделением водорода.
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4(разб.) = Al2(SO4)3 + 3H2А вот концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют алюминий при обычной температуре, образуя на поверхности металла, прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшему протеканию реакции. Поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах.
С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием оксида азота (II):
Al + 4HNO3(разб.) = Al(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
При нагревании Al растворяется в кислотах — окислителях, образующих растворимые соли алюминия:
2Al + 6H2SO4(конц) = 4Al2(SO4)3 + 3SО2↑ + 6H2O
Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O
- Алюминий – амфотерныйметалл, поэтому он взаимодействует со щелочами.
При нагревании с конц. растворами щелочей алюминий образует комплексные соли (тетрагидроксоалюминаты), при этом выделяется водород.
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑
Применение
Большую часть производимого алюминия (его производство в мире стоит на 2-м месте после выплавки чугуна и стали) используют для производства сплавов. Они легки, относительно прочны, электропроводны, коррозионноустойчивы, поэтому находят широкое применение в различных областях техники и быту.
Сплавы алюминия используют в самолёто- и ракетостроении. Недаром алюминий называют крылатым металлом.
Алюминий используют для получения металлов, методом алюмотермии.
В строительстве: гофрированными листами алюминиевых сплавов покрывают крыши, а также строят из них различные складские помещения.
Высокая электрическая проводимость чистого алюминия используется в электротехнике. Из сплавов алюминия изготовляют электропровода.
Порошок алюминия сохраняет металлический блеск и используется как краска «серебрянка». Она не только придает красивый внешний вид изделиям и сооружениям, но и защищает их от химического разрушения.
Для защиты от солнечных лучей алюминиевой краской покрывают цистерны, предназначенные для перевозки нефтепродуктов и других горючих веществ.
Исследуя влияние алюминия на различные пищевые продукты, ученые установили, что при контакте пищи с алюминием не разрушаются витамины. Это открытие послужило причиной широкого применения алюминия в пищевой промышленности, в виде посуды из алюминия, а также в косметике и бытовой химии. Из алюминия изготавливают разнообразную аппаратуру, предназначенную для переработки пищевых продуктов в сахарной, кондитерской, маслобойной и других отраслях промышленности.
Сегодня на уроке мы узнали об алюминии: положение этого элемента в Периодической системе, строение его атома, нахождение в природе, физические и химические свойства металла алюминия, получение и применение алюминия.
Коррозия алюминия
Коррозия алюминия – разрушение металла под влиянием окружающей среды.
Для реакции Al3+ +3e → Al стандартный электродный потенциал алюминия составляет -1,66 В.
Температура плавления алюминия — 660 °C.
Плотность алюминия — 2,6989 г/см3 (при нормальных условиях).
Алюминий, хоть и является активным металлом, отличается достаточно хорошими коррозионными свойствами. Это можно объяснить способностью пассивироваться во многих агрессивных средах.
Коррозионная стойкость алюминия зависит от многих факторов: чистоты металла, коррозионной среды, концентрации агрессивных примесей в среде, температуры и т.д. Сильное влияние оказывает рН растворов. Оксид алюминия на поверхности металла образуется только в интервале рН от 3 до 9!
Очень сильно влияет на коррозионную стойкость Al его чистота. Для изготовления химических агрегатов, оборудования используют только металл высокой чистоты (без примесей), например алюминий марки АВ1 и АВ2.
Коррозия алюминия не наблюдается только в тех средах, где на поверхности металла образуется защитная оксидная пленка.
При нагревании алюминий может реагировать с некоторыми неметаллами:
2Al + N2 → 2AlN – взаимодействие алюминия и азота с образованием нитрида алюминия;
4Al + 3С → Al4С3 – реакция взаимодействия алюминия с углеродом с образованием карбида алюминия;
2Al + 3S → Al2S3 – взаимодействие алюминия и серы с образованием сульфида алюминия.
Коррозия алюминия на воздухе (атмосферная коррозия алюминия)
Алюминий при взаимодействии с воздухом переходит в пассивное состояние. При соприкосновении чистого металла с воздухом на поверхности алюминия мгновенно появляется тонкая защитная пленка оксида алюминия. Далее рост пленки замедляется. Формула оксида алюминия – Al2O3 либо Al2O3•H2O.
Реакция взаимодействия алюминия с кислородом:
4Al + 3O2 → 2Al2O3.
Толщина этой оксидной пленки составляет от 5 до 100 нм (в зависимости от условий эксплуатации). Оксид алюминия обладает хорошим сцеплением с поверхностью, удовлетворяет условию сплошности оксидных пленок. При хранении на складе, толщина оксида алюминия на поверхности металла составляет около 0,01 – 0,02 мкм. При взаимодействии с сухим кислородом – 0,02 – 0,04 мкм. При термической обработке алюминия толщина оксидной пленки может достигать 0,1 мкм.
Алюминий достаточно стоек как на чистом сельском воздухе, так и находясь в промышленной атмосфере (содержащей пары серы, сероводород, газообразный аммиак, сухой хлороводород и т.п.). Т.к. на коррозию алюминия в газовых средах не оказывают никакого влияния сернистые соединения – его применяют для изготовления установок переработки сернистой нефти, аппаратов вулканизации каучука.
Коррозия алюминия в воде
Коррозия алюминия почти не наблюдается при взаимодействии с чистой пресной, дистиллированной водой. Повышение температуры до 180 °С особого воздействия не оказывает. Горячий водяной пар на коррозию алюминия влияния также не оказывает. Если в воду, даже при комнатной температуре, добавить немного щелочи – скорость коррозии алюминия в такой среде немного увеличится.
Взаимодействие чистого алюминия (не покрытого оксидной пленкой) с водой можно описать при помощи уравнения реакции:
2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2↑.
При взаимодействии с морской водой чистый алюминий начинает корродировать, т.к. чувствителен к растворенным солям. Для эксплуатации алюминия в морской воде в его состав вводят небольшое количество магния и кремния. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов, при воздействии морской воды, значительно снижается, если в состав метала будет входить медь.
Коррозия алюминия в кислотах
С повышением чистоты алюминия его стойкость в кислотах увеличивается.
Коррозия алюминия в серной кислоте
Для алюминия и его сплавов очень опасна серная кислота (обладает окислительными свойствами) средних концентраций. Реакция с разбавленной серной кислотой описывается уравнением:
2Al + 3H2SO4(разб) → Al2(SO4)3 + 3H2↑.
Концентрированная холодная серная кислота не оказывает никакого влияния. А при нагревании алюминий корродирует:
2Al + 6H2SO4(конц) → Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.
При этом образуется растворимая соль – сульфат алюминия.
Al стоек в олеуме (дымящая серная кислота) при температурах до 200 °С. Благодаря этому его используют для производства хлорсульфоновой кислоты (HSO3Cl) и олеума.
Коррозия алюминия в соляной кислоте
В соляной кислоте алюминий или его сплавы быстро растворяются (особенно при повышении температуры). Уравнение коррозии:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑.
Аналогично действуют растворы бромистоводородной (HBr), плавиковой (HF) кислот.
Коррозия алюминия в азотной кислоте
Концентрированный раствор азотной кислоты отличается высокими окислительными свойствами. Алюминий в азотной кислоте при нормальной температуре исключительно стоек (стойкость выше, чем у нержавеющей стали 12Х18Н9). Его даже используют для производства концентрированной азотной кислоты методом прямого синтеза
При нагревании коррозия алюминия в азотной кислоте проходит по реакции:
Al + 6HNO3(конц) → Al(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O.
Коррозия алюминия в уксусной кислоте
Алюминий обладает достаточно высокой стойкостью к воздействию уксусной кислоты любых концентраций, но только если температура не превышает 65 °С. Его используют для производства формальдегида и уксусной к-ты. При более высоких температурах алюминий растворяется (исключение составляют концентрации кислоты 98 – 99,8%).
В бромовой, слабых растворах хромовой (до10%), фосфорной (до 1%) кислотах при комнатной температуре алюминий устойчив.
Слабое влияние на алюминий и его сплавы оказывают лимонная, масляная, яблочная, винная, пропионовая кислоты, вино, фруктовые соки.
Щавелевая, муравьиная, хлорорганические кислоты разрушают металл.
На коррозионную стойкость алюминия очень сильно влияет парообразная и капельножидкая ртуть. После недолгого контакта металл и его сплавы интенсивно корродируют, образуя амальгамы.
Коррозия алюминия в щелочах
Щелочи легко растворяют защитную оксидную пленку на поверхности алюминия, он начинает реагировать с водой, в результате чего металл растворяется с выделением водорода (коррозия алюминия с водородной деполяризацией).
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑;
2(NaOH•H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2↑.
Образуются алюминаты.
Также оксидную пленку разрушают соли ртути, меди и ионы хлора.
неорганическая химия – Реакция гидроксида алюминия и азотной кислоты
спросил
Изменено 4 года, 10 месяцев назад
Просмотрено 4к раз
$\begingroup$
В последнее время я много внимания уделяю гидроксиду алюминия или, в частности, разбивке его на основные компоненты. Я знаю, что при растворении гидроксида алюминия в азотной кислоте образуется нитрат алюминия ($\ce{Al(NO3)3}$), который при кипячении разлагается на алюминий и диоксид азота. Конечной целью этого процесса является извлечение алюминия из гидроксида алюминия, но это невозможно сделать, пока гидроксид алюминия не растворится в азотной кислоте. Я не знаю, легко ли гидроксид алюминия реагирует с азотной кислотой или нет. Может ли гидроксид алюминия легко реагировать с азотной кислотой? Или это нужно катализировать, или я должен использовать другую реакцию для выделения алюминия?
- неорганическая химия
- кислотно-основная
- катализ
$\endgroup$
5
$\begingroup$
Оксид алюминия может быть продуктом плавления Al(NO3)3 при достаточно высокой температуре. Металлический алюминий не был бы продуктом ни в воде, ни в расплавленной соли.
2. Металлический алюминий плохо растворяется в азотной кислоте из-за образования пассивной оксидно-гидроксидной пленки. Атомная энергетика нуждалась в больших количествах азотнокислого алюминия, и его получали растворением металлического алюминия в соляной кислоте (очень быстро) и обработкой раствора азотной кислотой, выпариванием HCl.
- Металлический алюминий часто подготавливают к сварке путем удаления оксидной пленки разбавленной плавиковой кислотой. Алюминиевая поверхность остается голым металлом в течение, может быть, микросекунды, прежде чем снова окислиться до оксида. Но пленка оксида алюминия будет очень тонкой в течение нескольких часов и легко поддается сварке. Оксидная пленка становится толще на воздухе по мере старения. 9\circ C}$ делается не потому, что им нравится использовать высокие температуры, а потому, что нет других хороших способов сделать алюминий. Гидролиз водных растворов солей алюминия будет а не давать металлический алюминий.
Может ли $\ce{Al(OH)3}$ реагировать с $\ce{HNO3}$? Это действительно зависит. Свежий $\ce{Al(OH)3}$ растворяется в разбавленной $\ce{HNO3}$. Старый $\ce{Al(OH)3}$ стареет до $\ce{Al(OH)3}$ и гораздо менее реакционноспособен.
Электролиз водного раствора соли алюминия , а не дает металлический алюминий. Гидролиз $\ce{AlCl3}$ дает $\ce{h3 + O2/Cl2}$. $\ce{Al(NO3)3}$ будет восстановлен с образованием водорода, поэтому вы получите смесь продуктов: $\ce{NO2}$, $\ce{NO}$, $\ce{h3}$ , но не металлический алюминий. Если бы это было легко, промышленность не утруждала бы себя гидролизом расплавленного $\ce{AlF3/Al2O3}$.
$\endgroup$
2
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.Назовите газ, который выделяется при взаимодействии алюминия с азотной кислотой. Напишите, какая реакция произошла.
Ответить
Проверено
262.2k+ views
Подсказка: При реакции алюминия с азотной кислотой выделился газ, представляющий собой оксид азота. Используется в основном для производства удобрений.
Полный пошаговый ответ:
При взаимодействии алюминия с азотной кислотой выделяется газообразный диоксид азота. В качестве побочного продукта образуется вода, сбалансированная химическая реакция протекает следующим образом:
\[{\text{Al}} + 6{\text{HN}}{{\text{O}}_3} \to {\text{Al}}{\left({{\text{N}} {{\text{O}}_3}} \right)_3} + 3{\text{N}}{{\text{O}}_2} + 3{{\text{H}}_2}{\text {O}}\]
Алюминий — это элемент 13 группы; он принадлежит к группе № 13 и периоду № 3. Атомный номер алюминия равен 14, а массовое число — 27.Валентность алюминия — 3. Азотная кислота является минеральной кислотой и обладает высокой коррозионной активностью, как и другие минеральные кислоты. Это известно как aqua fortis, то есть крепкая вода. Степень окисления азота в азотной кислоте равна плюс 5, что является самым высоким показателем в случае азота, поскольку азот имеет 5 электронов в своей валентной оболочке. Следовательно, азотная кислота является очень сильным окислителем. У азота в диоксиде азота есть один электрон, и, следовательно, это свободный радикал. Имеет красновато-коричневый цвет. Он существует в равновесии со своим димером, который представляет собой четырехокись азота, которая представляет собой бесцветный газ.
$NO_2$ выделяется при реакции алюминия с азотной кислотой.Примечание:
Обычно металлы реагируют с кислотами с образованием газообразного водорода, но когда металлы реагируют с азотной кислотой, газообразный водород не выделяется. Образовавшийся водород окисляется до воды.
- Металлический алюминий часто подготавливают к сварке путем удаления оксидной пленки разбавленной плавиковой кислотой. Алюминиевая поверхность остается голым металлом в течение, может быть, микросекунды, прежде чем снова окислиться до оксида. Но пленка оксида алюминия будет очень тонкой в течение нескольких часов и легко поддается сварке. Оксидная пленка становится толще на воздухе по мере старения. 9\circ C}$ делается не потому, что им нравится использовать высокие температуры, а потому, что нет других хороших способов сделать алюминий. Гидролиз водных растворов солей алюминия будет а не давать металлический алюминий.