Общая характеристика и химические свойства алюминия, индия, галлия и таллия.
Получение алюминия, его оксида и гидроксида в промышленности.
Оксид, гидроксид и соли алюминия: их получение и свойства.
Алюминий в природе.
Алюминий самый распространенный металл на земле. Природными источниками являются различные алюмосиликаты, например, нефелин (Na2O . Al2O3 . 2SiO2) . Наиболее концентрированные источники боксит (Al2O3.xH2O) и корунд (Al2O3).
Химические свойства.
Al в чистом виде – мягкий, лёгкий металл, хороший тепло- и электропроводник. Валентные возможности 1 и 3, со 0, +1, +3, при этом соединения со +3 доминируют.
Al- достаточно реакционный Ме, уступающий по активности лишь щелочным и щелочноземельным Ме. Легко окисляется на воздухе, но образующаяся на поверхности плотная оксидная пленка предозраняет от дальнейшего взаимодействия с кислородом. Именно поэтому медленно вступает в хим. взаимодействие, поскольку первоначально должна быть разрушена оксидная пленка. Для увеличения толщены пленки Al подвергают анодированию, которое осуществляется электролизом разбавленного раствора H2SO4, где анодом служит алюминиевое изделие. Добавление в р-р красителей позволяет получить анодированный Al с окрашенными покрытиями.
В целом Al основнее В, но кислотнее Mg; ион Al3+ -сильный поляризатор, склонен к образованию комплексных соединений, отмечается не ярко выраженная склонность к полимеризации соединений.
Холодные концентрированные растворы H2SO4 и HNO3 пассивируют Al, поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах. После удаления пленки Al активно реагирует с растворами минеральных к-т:
|
|
2Al+ 6H+ = 2Al3+ + 3H2;
Разбавленную азотную к-ту восстанавливает до NH4+(N2):
8Al + 3 HNO3(разб.) = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
Al – амфотерный металл, сравнительно легко растворяется в р-рах щелочей и сплавляется с ними:
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2 NaAlO2 + 3H2
2Al + 6NaOH(изб.) + 6H2O = 2Na3[Al(OH)6] + 3H2
спл.
2Al + 6NaOH = 2Na3AlO3 + 3H2
Вопрос о составе гидроксокомплексов – дискуссивный; по всей видимости, в различных областях концентрации щелочи возможны разные гидроксокомплексы.
При нагревании порошкообразный алюминий легко взаимодействует с неметаллами:
t
4Al + 3C = Al4C3
t
2Al + N2 = 2AlN
t
2 Al + 3S = Al2S3
t
Al + P = AlP
t
4Al + 3O2 = 2Al2O3
Al используют как восстановитель металлов из оксидов( алюмотермия), таким способом получают в промышленности Cr, Ba, W, Mn, V, Sr, Ca.
Общая характеристика и химические свойства индия, галлия и таллия.
Сравнительно малораспространенные, рассеянные Ме. Проявляют в соединениях со: 0, +1, +2, +3.
В ряду Ga-In-Tl растет склонность к проявлению со +1. Обратим внимание, что ион Al3+ имеет электронную конфигурацию благородногазового типа, а ионы Ga3+, In3+ Tl3+- нет.
|
|
У галлия очень большой интервал жидкого состояния(около 2200К), при этом жидкий галлий имеет плотность выше кристаллического.
Химические св-ва.
Ga и In растворяются в р-рах минеральных к-т, образуя соли с катионом Э3+
2Э + 3H2SO4 = Э2(SO4)3 + 3H2 Э=Ga, In.
Растворяясь в минеральных к-тах, Tl дает соли с катионом Tl+:
2Tl + H2SO4 = Tl2SO4 + H2
C водой медленно реагирует только Tl:
2Tl + 2H2O =2TlOH + H2
Ga амфотерен, и( как Al) растворим в водных р-рах щелочей.
При этом в зависимости от концентр. Цёлочи обр. гидроксогаллаты (K[Ga(OH)4]; K3[Ga(OH)6]) или галлаты(KGaO2). Эти соединения устойчивы только в сильнощелочных р-рах.
In медленно растворим в щелочах, Tl можно растворить в тех же условиях, лишь окисляя.
Порошки Ме. Сгорая образуют Э2О3, в случае Tl получается ещё и Tl2O.
Me уже при комнатной температуре реагируют с F2, Cl2, Br2, а при повышенной с I2, S,P, и др.
Получение алюминия, его оксида и гидроксида в промышленности.
Оксид, гидроксид и соли алюминия: их получение и свойства.
Алюминий получают электролизом расплава Al2O3 в криолите Na3[AlF6](90-95%) ; добавлением криолита добиваются снижения температуры плавления реакционной смеси до 1000оС (температура плавления самого Al2O3 составляет 2050оС). Электролиз проводят при силе тока около 1500000 А и напряжении 5-6 В. Электролизер представляет собой железную ванну, выложенную огнеупором; дно ванны графитовое, оно является катодом. Анодами служат алюминиевые каркасы, заполненные графитом. При плавлении Al2O3 подвергается ионизации:
|
|
Al2O3 = Al3+ + AlO33-
2Al2O3 = Al3+ + 3AlO2-.
Процессы, идущие при электролизе:
На катоде: 2Al3++ 6е = 2Al
На аноде: 2AlO33- - 6е = Al2O3 + 3/2 O2
Алюминий оседает на дно ванны и сливается, часть графита с анодов неизбежно попадает в алюминий, именно этим обуславливается сероватый налет, появляющийся на поверхности алюминиевого изделия при обработке его кислотой или щелочью.
Гидрид алюминия получают косвенным путем:
AlCl3 + 3NaH = AlH3 + 3NaCl
Синтез ведут в безводной среде; полимерное соед. (AlH3)n.
Широкое применение в качестве сильных восстановителей находят комплексные алюмогидридные соединения, например:
AlCl3 + 4LiH = Li[AlH4] + 3LiCl.
Ион [AlH4]- - тэтраэдрическое строение, sp3- гибрид.
Известные 3 полиморфные модификации Al2O3(к) . Только одна из них не безразлична к р-рам кислот и щелочей и четко демонстрирует амфотерность этого соединения:
|
|
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al2O3 + 2KOH(конц.) = 3KAlO2 + H2O
Al2O3 + 6KOH(изб.) + 3H2O =2K3[Al(OH)6]
Наиболее простые способы получения Al2O3:
t
2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O
t
4Al + 3O2 =2Al2O3
t
4Al(NO3)3 = 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2
Добавление небольшого кол-ва щелочи к р-рам солей алюминия ведёт к осаждению малорастворимого Al(OH)3. Лучшими вариантами получения Al(OH)3 являются:
AlCl3 + 3NH3 + 3H2O = Al(OH)3↓ + 3NH4Cl
Al2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2 Al(OH)3↓ + 3CO2+ 3Na2SO4
Al(OH)3 представляет собой полимер. Как Al2O3 и Al, проявляет амфотерные св-ва:
Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + 3H2O
спл.
Al(OH)3 + KOH = KAlO2 + 2H2O
Метаалюминат
Калия
спл.
Al(OH)3 + 3KOH = K3AlO3+ 2H2O
Ортоалюминат
Калия
Al(OH)3 + 3KOH(изб.) = К3[Al(OH)6]
Галогениды алюминия занимают промежуточное положение между солями и галогенангидридами. AlF3 малорастворим в воде, высокоплавок, малоактивен. Остальные галогениды Al, наоборот, отлично растворимы в воде и ряде органических растворителей.
Все растворимые соли Al3+ подвергаются гидролизу в водных р-рах:
Al3+ + H2O ↔ AlOH2++ H+
Точнее [Al(H2O)6]3+ ↔ [Al(H2O)5OH]2+ + H+
Не могут быть получены в водных р-рах соли алюминия с анионами слабых к-т: сульфид, цианид, карбонат, сульфит и др. В газовой фазе галогениды алюминия склонны к полимеризации.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 622; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!