Лабораторна робота №3

Тема Алюміній. Амфотерний характер його сполук.

Мета: Розширити та поглибити знання про метали на прикладі алюмінію. Повторити поняття про кислотно-основний характер сполук алюмінію. Дослідити амфотерні властивості гідроксиду алюмінію. Закріпити навики спостерігати, аналізувати та робити самостійні висновки.

Прилади і реактиви: Алюміній, розчин хлоридної кислоти (HCl), розчини солей алюміній хлориду (АlCl₃) та купрум сульфату(СuSO₄), розчин лугу (NaOH), штатив з пробірками, тримач.

Типовим елементом-металом ІІІ групи є алюміній.

Назва “алюміній” італійського походження: біля італійського міста Чівітавек’я знайдено поклади мінералу алуніту (Na, K)₂SO₄·Al₂(SO₄)_3. Прожарюванням алуніту одержували квасці K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O. Квасці римляни називали alumen, звідси – алюміній.

Алюміній – непарний елемент, його порядковий номер 13. В алюмінію є один стабільний ізотоп ²⁷₁₃Al, всі інші – радіоактивні. Al в земній корі складає 7.45% (за масою), а в земній кулі – 1.5% (мас.). Переважна більшість сполук алюмінію – оксигенові.

Основним джерелом для виробництва алюмінію є мінерал боксит (гідроксид алюмінію), частково дегідратований. Його склад описується формулою Al₂O₃·z H₂O (z»2). Велика кількість алюмінію входить до складу різновидностей глини (вторинний мінерал). Основою глини є каолініт Al₂O₃·2SiO₂·2 H₂O.

Алюміній відноситься до р-елементів, оскільки один з валентних електронів починає формувати 3р-підрівень.

Проста речовина алюміній являє собою сріблясто-білий метал, дуже легкий (питома маса = 2.7 г/см3), легкоплавкий (т.пл=6580С). Алюміній в чистому вигляді – м’який метал, який витримує навантаження 6 кг/см².

Алюміній, взаємодіючи з водою, витісняє водень:

Al + 3H₂O = Al(OH)₃ + 3/2H₂

На поверхні алюмінію є оксидна плівка:

2Al + 3/2O₂ = Al₂O₃

Завдяки високій спорідненості металічного Al до кисню, алюміній має яскраво виражені відновні властивості. Бекетов запропонував ще в 60-х роках минулого століття використовувати порошок алюмінію для відновлення металів із оксидів (алюмотермія).

Al взаємодіє з водою в присутності лугів:

2Al + 6 H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂↑

Aлюміній взаємодіє як з лугами, так і з кислотами, виявляючи амфотерні властивості.

Al + 2 Na(OH) + 6 H₂O = 2Na[Al(OH)₄ ] + 3H₂ ↑

2Al + 6 HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

Утворення розчинних гідрокомплексів зміщує рівновагу такої реакції вправо і прискорює її протікання:

Al(OH)₂ + KOH ↔ K[Al(OH)₄]

Сполуки алюмінію

Типовими кисневими сполуками Al (III) є оксид алюмінію Al₂O₃; гідроксид алюмінію Al(OH)₃ і алюмінати.

Оксид алюмінію (ІІІ) має кілька кристалічних модифікацій. Найважливіша модифікація a- Al₂O₃ – корунд. Він плавиться при 20700С і кипить при 35000С. За шкалою Мооса твердість корунду 9. Хімічна інертність висока, що дозволяє використовувати корундові тиглі при проведенні лабораторних експериментів в жорстких умовах. Сильно прожарений корунд майже не взаємодіє з водою. Al₂O₃ належить до амфотерних оксидів. Гідроксид алюмінію (ІІІ) добувають взаємодією розчинних солей Al(III) з аміаком:

Al₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH = 2Al(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄

Гідроксид Al(OH)₃ розчиняється в кислотах і лугах, що свідчить про його амфотерність. Розчинення в кислотах є наслідком процесу нейтралізації:

2 Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Розчинення в лугах є наслідком процесу комплексоутворення, причому іони гідроксилу виконують роль ліганду:

Al(OH)₃ + NaOH = Na [Al(OH)₄]

Склад алюмінатів в розчині спрощено виражають формулами MAlO₂, M₃AlO₃ і т.д. Алюмінати типу МАlO₂ утворюються при спіканні гідратованого в розчині Al(OH)₃ з лугами:

2Al(OH)₃ + Na₂CO₃ = 2NaAlO₂ + CO₂ + 3H₂O

Алюмінати, які синтезували шляхом спікання, під дією води перетворюються в гідроксоалюмінати:

NaAlO₂ + 4H₂O ↔ Na[Al(OH)₄(OH₂)₂]

Хід роботи

Дослід 1. Дослідження хімічних властивостей алюмінію

1.1. Взаємодія з кислотами

В пробірку налийте 1 мл розчину хлоридної кислоти та додайте кусочок алюмінію. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

1.2. Взаємодія з лугами

В пробірку налийте 1 мл розчину натрій гідроксиду та додайте кусочок алюмінію. Обережно нагрійте. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

1.3. Взаємодія з солями

В пробірку налийте 1 мл розчину сульфату міді та додайте кусочок алюмінію. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 2. Добування гідроксиду алюмінію.

В пробірку налийте 2 мл розчину солі алюміній хлориду 3 мл розчину натрій гідроксиду. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Дослід 3.Дослідження амфотерного характеру алюміній гідроксиду.

3.1. Взаємодія з кислотами

Налийте в пробірку 1 мл розчину хлоридної кислоти, додайте невелику кількість алюміній гідроксиду, добутого в досліді 2. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

3.2. Взаємодія з основами

Налийте в пробірку 1 мл розчину натрій гідроксиду, додайте невелику кількість алюміній гідроксиду, добутого в досліді 2. Що спостерігаєте? Запишіть рівняння реакції та висновки.

Контрольні запитання.

1. Які хімічні властивості має алюміній?

2. Що таке амфотерність?

3. Які йони утворюються при дисоціації алюміній гідроксиду?

4. Як довести, що алюміній гідроксид має амфотерні властивості?

5.Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі схеми:

1) Al → Al ₂O₃ → AlCl₃→ Al(OH)₃

2) Al → Al₂ (SO₄) ₃→ Al(OH)₃ → Al(NO₃)₃

3) Al → AlCl₃ → Al(OH)₃ → Al₂ (SO₄) ₃

4) Al→ AlBr₃ → Al(OH)₃ → AlCl₃

Де можливо напишіть повні та скорочені йонні рівняння реакцій.