Соли алюминия и бинарные соединения
Соли алюминия гидролизуются нацело, а с карбонатами дают газ и осадок.
5.3. Соли алюминия
Особенности солей
Соли алюминия и сильных кислот (хлориды, сульфаты, нитраты) растворимы в воде. Водные растворы имеют кислую среду из-за гидролиза по катиону:
Al3+ + HOH ⇄ AlOH2+ + H+
Комплексные соли (Тетрагидроксоалюминаты)
Важные для ЕГЭ реакции разрушения комплексов.
Представляйте Na[Al(OH)4] как смесь NaOH + Al(OH)3.
| Реагент | Уравнение реакции |
|---|---|
| Сильная кислота (избыток) |
Избыток сильной кислоты разрушает комплекс полностью (до соли алюминия и хлорида натрия). Осадка при этом не наблюдается:
Na[Al(OH)4] + 4HCl → NaCl + AlCl3 +
4H2O
|
| Сильная кислота (недостаток) |
При строгом добавлении кислоты в недостатке мы нейтрализуем щелочное окружение (одна из OH-групп комплекса), и выпадает Al(OH)3:
Na[Al(OH)4] + HCl → NaCl + Al(OH)3↓ +
H2O
|
| Слабые кислоты и кислотные оксиды (CO₂, SO₂, H₂S) |
Слабые кислоты способны разрушить комплекс и выделить осадок гидроксида алюминия. Сам осадок слабыми кислотами не растворяется (даже если они в избытке):
Na[Al(OH)4] + CO2 → Al(OH)3↓ +
NaHCO32Na[Al(OH)4] + H2S → 2Al(OH)3↓ + NaHS + 2H2O |
| Соли Al³⁺ |
Своеобразное сопропорционирование: комплекс отдает щелочь простому катиону. Оба продукта выпадают в виде осадка Al(OH)3:
3Na[Al(OH)4] + AlCl3 → 4Al(OH)3↓
+
3NaCl
|
| Термическое разложение |
При сильном нагревании или прокаливании комплексные соли теряют воду и превращаются в алюминаты:
Na[Al(OH)4] t°→
NaAlO2 + 2H2O
|
Алюминаты (Полученные сплавлением)
| Свойство | Уравнение реакции |
|---|---|
| С кислотами |
Алюминаты реагируют с растворами сильных кислот, растворяясь с образованием солей:
NaAlO2 + 4HCl → NaCl + AlCl3 +
2H2O
|
| Гидролиз в воде |
В водных растворах алюминаты превращаются в стабильные комплексные соединения (тетрагидроксоалюминаты):
NaAlO2 + 2H2O ⇄
Na[Al(OH)4]За счет этой реакции они создают щелочную среду. |
Вопрос 1: Разрушение комплексов и совместный гидролиз (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций разрушения комплексов и совместного гидролиза:
- $Na[Al(OH)_4] + CO_2(изб) \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
- $K[Al(OH)_4] + SO_2(изб) \rightarrow \dots\downarrow + \dots$
- $Na[Al(OH)_4] + HCl(изб) \rightarrow \dots + \dots + \dots$
- $AlCl_3 + Na_2CO_3 + H_2O \rightarrow \dots\downarrow + \dots\uparrow + \dots$
- $Al_2(SO_4)_3 + K_2S + H_2O \rightarrow \dots\downarrow + \dots\uparrow + \dots$
Ответ:
- $Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + NaHCO_3$
- $K[Al(OH)_4] + SO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + KHSO_3$
- $Na[Al(OH)_4] + 4HCl \rightarrow NaCl + AlCl_3 + 4H_2O$
- $2AlCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3CO_2\uparrow + 6NaCl$
- $Al_2(SO_4)_3 + 3K_2S + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3H_2S\uparrow + 3K_2SO_4$
5.4. Бинарные соединения
Многие бинарные соединения алюминия подвергаются необратимому гидролизу.
| Соединение | Уравнения реакций |
|---|---|
| Сульфид алюминия Al2S3 |
Легко разрушается: водой (до H2S), растворами кислот и концентрированными кислотами-окислителями (окисляется вплоть до серной кислоты):
С водой:
Al2S3 + 6H2O →
2Al(OH)3↓ +
3H2S↑С кислотами:
Al2S3 + 6HCl → 2AlCl3 +
3H2S↑С конц. азотной кислотой:
Al2S3 + 30HNO3(к) →
2Al(NO3)3 + 3H2SO4 + 24NO2 +
12H2O
|
| Карбид алюминия Al4C3 |
Является метанидом (содержит C4-), поэтому при гидролизе (в присутствии воды или кислот) выделяет газ метан (CH4):
Al4C3 + 12H2O →
4Al(OH)3↓ +
3CH4↑
 |
| Нитрид алюминия AlN |
Необратимо разрушается водой (с выделением аммиака) или растворами кислот (аммиак связывается в соль аммония):
AlN + 3H2O → Al(OH)3↓ +
NH3↑AlN + 4HCl → AlCl3 + NH4Cl |
Вопрос 1: Гидролиз бинарных соединений (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций гидролиза бинарных соединений и их взаимодействия с кислотами-окислителями:
- $Al_4C_3 + H_2O \rightarrow \dots\downarrow + \dots\uparrow$
- $Al_2S_3 + HCl \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $AlP + HNO_3(конц.) \rightarrow H_3PO_4 + \dots + \dots + \dots$
- $Al_4C_3 + HNO_3(конц.) \rightarrow \dots + \dots\uparrow + \dots\uparrow + \dots$
Ответ:
- $Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3\downarrow + 3CH_4\uparrow$
- $Al_2S_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2S\uparrow$
- $AlP + 8HNO_3(конц.) \rightarrow Al(NO_3)_3 + H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow + 4H_2O$
- $Al_4C_3 + 36HNO_3(конц.) \rightarrow 4Al(NO_3)_3 + 3CO_2\uparrow + 24NO_2\uparrow + 18H_2O$
6. Качественные реакции
Для обнаружения иона Al3+ используют реакцию с щелочью: при постепенном добавлении щелочи сначала выпадает белый осадок, который растворяется в избытке реагента.
- Добавление OH-: Al3+ + 3OH- → Al(OH)3↓ (белый осадок)
- Избыток OH-: Al(OH)3 + OH- → [Al(OH)4]- (растворение осадка)
Если использовать раствор аммиака (NH3·H2O), осадок выпадает, но не растворяется в избытке, так как аммиак — слабое основание.
Вопрос 1: Качественные реакции
ПроверкаКакой реактив можно использовать, чтобы отличить раствор хлорида алюминия ($AlCl_3$) от раствора хлорида магния ($MgCl_2$)? Напишите признаки реакции.
Ответ: Раствор сильной щелочи (например, $NaOH$).
Пояснение: При постепенном добавлении щелочи в обеих пробирках выпадет белый осадок гидроксида. Однако, при добавлении избытка щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворится (образуется прозрачный раствор тетрагидроксоалюмината), а гидроксид магния останется в виде осадка.
7. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с алюминием на канале Thoisoi: