Трио амфотерных металлов: единственные простые вещества, которые реагируют и с кислотой, и со щёлочью напрямую.
Al, Zn, Be — активные металлы, но их оксиды и гидроксиды амфотерны — из-за этого сами металлы способны растворяться и в кислотах, и в щелочах, выделяя водород в обоих случаях. Это уникальное свойство среди простых веществ-металлов.
Al — всегда +3, Zn и Be — всегда +2. Никакой переменной валентности, как у переходных металлов следующих конспектов.
Холодные концентрированные HNO3 и H2SO4 не реагируют с алюминием (и с железом, и с хромом) — на поверхности мгновенно образуется плотная оксидная плёнка, защищающая металл от дальнейшего окисления (пассивация). Именно поэтому концентрированную азотную кислоту можно перевозить в алюминиевых цистернах! При нагревании пассивация «пробивается», и реакция всё же идёт.
В отличие от оксидной плёнки на железе (рыхлая ржавчина, легко отслаивается и пропускает кислород вглубь), оксид алюминия Al2O3 формирует непористую, плотно сросшуюся с металлом плёнку толщиной всего в несколько нанометров, но полностью блокирующую доступ кислорода и воды к металлу под ней. Именно эта плёнка защищает алюминиевые бытовые изделия от коррозии без специального покрытия — парадоксально, но алюминий на воздухе «химически стоек» именно благодаря своей высокой реакционной способности к кислороду.
Если к раствору соли алюминия добавлять щёлочь постепенно, сначала выпадает белый студенистый осадок Al(OH)3, а при дальнейшем избытке щёлочи осадок растворяется, образуя прозрачный комплекс Na[Al(OH)4]. Это классический качественный эксперимент, который часто встречается в описательных заданиях.
Оцинкованное железо защищено от коррозии не только механически (плёнка), но и электрохимически: цинк активнее железа, поэтому при повреждении покрытия ржавеет именно цинк (жертвенный анод), а не железо под ним. Это принципиально отличается от лужёного железа (луженого оловом) — там при повреждении покрытия ржавеет именно железо, т.к. олово менее активно.
Be(OH)2 и BeO — тоже амфотерны (единственные среди элементов IIA, см. конспект 76). Химия бериллия во многом повторяет логику алюминия, а не своих соседей по группе (Mg, Ca) — классический пример диагонального сходства в периодической таблице.
Чистый Al2O3 плавится при ~2050°C — экономически невыгодно. Добавка криолита Na3AlF6 снижает температуру плавления смеси до ~950°C, делая электролиз практически осуществимым. Это ключевая деталь метода Холла-Эру, лежащего в основе всей мировой алюминиевой промышленности.
Дано: 5,4 г алюминия (M=27 г/моль) растворили в избытке NaOH.
n(Al) = 5,4/27 = 0,2 моль. Реакция 2Al+2NaOH+6H2O→2Na[Al(OH)4]+3H2↑ (2:3 по H2).
n(H₂) = 0,3 моль → V = 0,3 × 22,4 = 6,72 л (н.у.)
Дано: 32 г Fe2O3 (M=160 г/моль) реагирует с избытком Al.
n(Fe2O3) = 32/160 = 0,2 моль. Реакция 2Al+Fe2O3→Al2O3+2Fe (1:2 по Fe).
n(Fe) = 0,4 моль → m = 0,4 × 56 = 22,4 г
Алюминий не реагирует с водой, потому что он благородный металл.
Алюминий очень активен, но защищён прочной оксидной плёнкой Al₂O₃. Снимешь её (амальгамированием или щёлочью) — и металл бурно реагирует с водой: 2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂↑.
Алюминий растворяется в концентрированной азотной кислоте на холоде.
Наступает пассивация: Al, Fe и Cr на холоде с конц. HNO₃ и конц. H₂SO₄ не реагируют. Поэтому азотную кислоту перевозят в алюминиевых цистернах. При нагревании реакция идёт.
Реакция амфотерного металла со щёлочью даёт только соль и воду.
Металл со щёлочью даёт ещё и водород — это ОВР: 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑. Без водорода реагирует только гидроксид, а не сам металл.
Соли алюминия с карбонатами дают обычный обмен.
Идёт необратимый совместный гидролиз: 2Al3+ + 3CO₃2- + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3CO₂↑. Карбонат алюминия в растворе не существует.
В растворе щёлочи получается гидроксокомплекс Na[Al(OH)₄]. При сплавлении — метаалюминат NaAlO₂ и вода. Одна и та же пара реагентов, два разных ответа — читай условие.
Берут раствор аммиака: AlCl₃ + 3NH₃·H₂O → Al(OH)₃↓ + 3NH₄Cl
Щёлочь не годится: её избыток растворит осадок, превратив его в комплекс Na[Al(OH)₄]. Аммиак — основание слабое: осадить он может, а растворить — нет. Тот же приём работает для Zn(OH)₂ и Be(OH)₂.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
Из-за пассивации — на поверхности алюминия образуется плотная защитная оксидная плёнка, останавливающая дальнейшую реакцию с холодной концентрированной кислотой.
Осадок растворяется — образуется прозрачный раствор гидроксокомплекса: Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4].
Цинк активнее железа (стоит левее в ряду напряжений), поэтому он служит «жертвенным анодом» и окисляется первым, электрохимически защищая железо под ним.
Чтобы снизить температуру плавления Al2O3 с ~2050°C до ~950°C — делает промышленный электролиз экономически осуществимым.
Нитрат алюминия и нитрат аммония (не водород!): 8Al+30HNO3(разб.)→8Al(NO3)3+3NH4NO3+9H2O — активные металлы восстанавливают азот глубоко, до NH4+.
Бериллий по свойствам (амфотерность оксида/гидроксида) больше похож на алюминий (по диагонали в таблице), чем на своих соседей по группе (Mg, Ca).
Реакция 2Al+3CuSO4→Al2(SO4)3+3Cu (1:1 по Cu). n(Cu)=0,3 моль. m=0,3×64=19,2 г.
Восстановление металлов из их оксидов алюминием (например, Fe из Fe3O4) — применяется в сварке рельсов (термитная сварка) и получении тугоплавких металлов.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно