Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O;
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4].
Большинство солей алюминия хорошо растворимы в воде и
подвергаются гидролизу по схеме
Al+3 + H2O = AlOH+2 + H+.
По второй ступени гидролиз идет только под действием факто-
ров, усиливающих гидролиз (например, нагревание): AlOH+2 + H2O = Al(OH)2+ + H+.
Некоторые соли алюминия (образованные слабыми летучими или нестойкими кислотами) подвергаются полному гидролизу:
Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2S .
В этом случае соль под действием воды распадается на слабое нерастворимое основание и слабую неустойчивую, летучую или нерастворимую кислоту, из которых она была образована.
Опыт 1. Действие кислот на алюминий.
Втри пробирки положите по кусочку металлического алюминия
идобавьте по одному миллилитру: в первую – двухнормальный (2Н) раствор соляной кислоты, во вторую – раствор серной кислоты такой же концентрации, в третью – концентрированной серной кислоты. Сравните активность взаимодействия алюминия с разбавленными соляной и серной кислотами. Подогрейте пробирки. Какой газ выделяется? Как идет реакция с концентрированной серной кислотой? Какой газ выделяется в этом случае? Определите это по запаху. Теперь осторожно нагрейте пробирку. Что происходит? Напишите уравнения всех протекающих реакций с учетом того, что из холодной концентрированной серной кислоты в реакции с алюминием выделяется сернистый газ, а при нагревании – свободная сера. Почему концентрация соляной кислоты не влияет на получающиеся продукты, а концентрация серной кислоты – влияет?
Опыт 2. Взаимодействие алюминия со щелочью.
В пробирку положите кусочек металлического алюминия и добавьте к нему немного двухнормального (2Н) раствора щелочи. Легко ли алюминий растворяется в щелочи? Обратите внимание на механизм растворения. Учтите, что поверхность алюминия покрыта оксидной пленкой. Напишите уравнение реакции растворения оксидной
20
пленки в щелочи, затем взаимодействие чистого алюминия с водой. Составьте суммарное уравнение реакции.
Опыт 3. Активирующее действие хлорид-иона на разрушение защитной оксидной пленки.
В две пробирки положите по кусочку алюминия и добавьте в одну из них миллилитр раствора сульфата меди, в другую – столько же раствора хлорида меди. Почему в одном случае реакция идет, а в другом практически нет? Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод о влиянии ионов хлора на скорость разрушения защитной оксидной пленки.
Опыт 4. Получение гидроксида алюминия и его свойства.
К раствору соли алюминия прилейте по каплям раствор щелочи до образования объемного осадка. Разделите полученный осадок на две части. К первой части прилейте немного раствора соляной кислоты, ко второй – раствор щелочи. Напишите уравнения происходящих реакций и общую схему диссоциации гидроксида алюминия. Какой вывод о свойствах гидроксида алюминия можно сделать?
1.Дайте характеристику алюминию, исходя из его положения в периодической таблице Д.И. Менделеева.
2.Какие химические свойства характерны для алюминия? Напишите соответствующие уравнения химических реакций.
3.Назовите промышленный и лабораторные способы получения алюминия. Напишите уравнения соответствующих химическихреакций.
4.Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно получить оксид алюминия.
5.Какими химическими свойствами обладает оксид алюминия?
6.Докажите это с помощью уравнений химических реакций.
7.Напишите уравнения химических реакций получения гидроксида алюминия.
8.Напишите уравнения химических реакций, характерных для гидроксида алюминия.
9.Напишите уравнения химических реакций, с помощью которых можно получить различные соли алюминия.
21
10. Напишите уравнения химических реакций, характерных для солей алюминия.
Углерод и кремний можно назвать главнейшими среди всех остальных элементов. Углерод входит в состав тканей всех живых организмов, а также в состав продуктов их разложения (угли, сланцы, нефть, природный газ). В земной коре углерод содержится как в самородном состоянии, так и в составе карбонатных пород.
Если углерод – основа живых организмов, то кремний – основа неживой природы. Более половины всех минералов, составляющих земную кору, – это многочисленные силикаты, а также разновидности кремнезема: кристаллического, скрытокристаллического и аморфного (горный хрусталь, кварцевые пески, халцедон, агат, яшма, опал, диатомит, трепел и др.).
Углерод и кремний – типичные неметаллы. Это элементы главной подгруппы 4 группы периодической системы. На внешнем энергетическом уровне у них содержится по 4 электрона. Электронная конфигурация внешнего слоя в нормальном состоянии – s2p2, в возбужденном состоянии один s-электрон переходит на р-орбиталь и конфигурация становится s1p3. Для соединений углерода и кремния более характерна степень окисления +4 и –4. Степень окисления +2 и –2 встречается значительно реже. Так как число валентных электронов равно числу валентных орбиталей, связь С – С очень прочная. Это же является причиной склонности углерода к образованию цепей. Кремний, в отличие от углерода, имеет свободные d-орбитали, поэтому по свойствам отличается от углерода. В соединениях с кислородом и галогенами кремний образует более прочные связи, чем углерод, так как возникает связь между свободными d-орбиталями кремния и неподелёнными электронными парами связанных с ним элементов. Наоборот, связь Si – Si менее прочная, чем С – С. Кремний также склонен к образованию цепей.
В обычных условиях углерод и кремний достаточно инертны, но при высоких температурах они становятся химически активны и образуют ряд соединений с металлами и неметаллами. Соединение, в котором углерод связан с элементом с меньшим значением электроотрицательности, называется карбидом, подобное соединение кремния называется силицидом.
22
Солеподобные карбиды, характеризующиеся ионно-ковалентным типом связи, образуют карбиды активных металлов. Они реагируют с водой с образование гидроксидов и углеводородов:
CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2;
Al4C3 + 12H2O = 4Al(OH)3 + 3CH4.
Металлы с большим радиусом атома, такие как титан, цирконий, молибден, образуют карбиды внедрения, в которых атомы углерода занимают пустоты в плотноупакованных структурах металлов. Такие соединения отличаются большой твердостью и высокими температурами плавления.
Ковалентные карбиды – это соединения углерода с соседними кремнием (SiC) и бором (В4С)n. Химическая связь в них приближается к ковалентной неполярной, так как и по размеру атомов, и по значениям электроотрицательности эти элементы близки.
Силициды характеризуются высокой твердостью и жаростойкостью, реагируют с кислотами с выделением смеси легковоспламеняющихся силанов (кремневодородов):
Mg2Si + 4HCl = 2MgCl2 + SiH4 .
С водородом углерод образует целый ряд соединений – углеводородов. Для этих соединений характерна ковалентная связь, многие из них характеризуются большой устойчивостью и незначительной реакционноспособностью. Кремний непосредственно с водородом не реагирует. Силаны (SiH4, Si2H6, Si3H8) получают косвенным путем (см. предыдущую реакцию). Силаны – легколетучие ядовитые вещества, они менее стойки по сравнению с углеводородами, являются весьма реакционноспособными, хорошие восстановители:
3SiH4 + 8KMnO4 =8MnO2 + 3SiO2 +8KOH + 2H2O.
При нагревании углерод и кремний горят, образуя соответствующие оксиды СО2 и SiO2 , а при недостатке кислорода – СО. Окись углерода СО – очень ядовитое, химически активное вещество, горит, является хорошим восстановителем. Двуокись углерода СО2 более инертна, горения не поддерживает, при высоких температурах проявляет окислительные свойства. Оксид кремния SiO2 имеет несколько модификаций (кварц, диатомит, кристобалит). Оксид кремния способен образовывать полимеры, поэтому является твердым нелетучим веществом, тогда как двуокись углерода при нормальных условиях – это газ.
Оксиды углерода и кремния обладают кислотными свойствами. Двуокись углерода при растворении в воде образует слабую, неустойчивую кислоту, которой соответствуют достаточно устойчивые соли –
23
карбонаты и гидрокарбонаты. Эти соли можно получить при действии углекислого газа на водные растворы щелочей:
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O.
При дальнейшем пропускании углекислого газа создается избыток угольной кислоты, образуется кислая соль, осадок растворяется:
CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2.
Оксид кремния непосредственно с водой не реагирует, а кремниевую кислоту получают, действуя сильными минеральными кислотами (например, соляной) на раствор силиката натрия или калия. Кремниевые кислоты, являясь типичными изополикислотами, могут быть записаны в общем виде как x SiO2 y H2O. Простейшей из кремниевых кислот является метакремниевая кислота H2SiO3. Угольная и кремниевая кислоты – слабые электролиты, но угольная кислота несколько сильнее, поэтому она разрушает силикаты с выделением аморфных гидратов оксида кремния:
CaSiO3 + CO2 + H2O = CaCO3 + H2SiO3 .
Соли кремниевой и угольной кислот подвергаются гидролизу: Na2CO3 + H2O = NaHCO3 + NaOH;
Na2SiO3 + H2O = NaHSiO3 + NaOH.
Опыт 1. Восстановительные свойства углерода.
В пробирку поместите 2 г измельченного активированного угля. Добавьте 2 – 3 мл раствора хлорида железа FeCl3. Перемешайте содержимое пробирки и через несколько минут слейте раствор с осадка в другую пробирку. Добавьте к раствору несколько капель раствора красной кровяной соли K3[Fe(CN)6]. Появилось ли темно-синее окрашивание раствора? О наличии каких ионов в растворе это свидетельствует? Какие свойства – восстановительные или окислительные – проявляет углерод в реакции с ионами трехвалентного железа?
Опыт 2. Адсорбционные свойства угля.
В пробирку поместите около 0,5 г измельченного активированного угля и прилейте примерно 2 мл раствора органического красителя (фуксина или индиго). Тщательно перемешайте смесь. Через 4 – 5 мин отфильтруйте уголь из раствора. Как изменилась окраска раствора? Почему?Где применяется активированный уголь вкачествеадсорбента?
24