Химические свойства алюминия

Металл, который растворяется и в кислоте, и в щёлочи, но пассивируется концентрированной азотной.

4. Химические свойства алюминия

Алюминий — сильный восстановитель. В реакциях отдает 3 электрона (Al⁰ - 3e → Al⁺³).

4.1. Взаимодействие с простыми веществами

С галогенами	Алюминий энергично реагирует со всеми галогенами (фтор, хлор, бром, йод), образуя галогениды. Реакция с йодом начинается при добавлении капли воды, которая выступает в качестве катализатора: 2Al + 3I₂ H₂O→ 2AlI₃ С хлором и бромом процессы часто сопровождаются воспламенением: 2Al + 3Cl₂ t°→ 2AlCl₃
С кислородом	Порошкообразный алюминий (или фольга) при сильном нагревании сгорает ослепительно белым пламенем. Выделяется огромное количество теплоты. Этот принцип используется в алюминиевых порошках для фейерверков: 4Al + 3O₂ t°→ 2Al₂O₃
С серой	При сплавлении порошков алюминия и серы наблюдается бурное взаимодействие с образованием сульфида. Эта соль необратимо гидролизуется (разлагается) водой: 2Al + 3S t°→ Al₂S₃
С углеродом	При очень сильном нагревании (>1000°C) алюминий соединяется с углеродом, образуя карбид (метанид). При гидролизе метанида выделяется газ метан (CH₄): 4Al + 3C t°→ Al₄C₃
С азотом	Реакция с азотом протекает значительно труднее — требуется нагревание до 800–1000°C, образуется тугоплавкий нитрид алюминия: 2Al + N₂ t°→ 2AlN
С фосфором	Образуется фосфид алюминия, который под воздействием воды или влаги воздуха выделяет ядовитый газ фосфин (PH₃): Al + P t°→ AlP
С водородом	Не реагирует напрямую. Гидрид алюминия (AlH₃) получают косвенным путем.

4.2. Взаимодействие со сложными веществами

Свойство	Уравнения реакций
С водой (амальгама или без оксидной пленки)	Если удалить защитную оксидную пленку (например, механически добавив соли ртути для образования амальгамы), алюминий активно взаимодействует с водой при обычной температуре. Выделяется водород и образуется рыхлый осадок гидроксида: 2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃↓ + 3H₂↑ Обычный Al в воде не растворяется (из-за прочной плёнки Al₂O₃).
С кислотами-неокислителями (HCl, разб. H₂SO₄)	Алюминий легко растворяется в растворах сильных кислот, вытесняя водород (так как стоит значительно левее водорода в ряду напряжений): 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑ 2Al + 3H₂SO_4(разб.) → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑
С конц. H₂SO₄ (при нагревании)	На холоде концентрированная серная кислота пассивирует (не реагирует) алюминий (образуется уплотненная оксидная пленка, останавливающая реакцию). При сильном нагревании растворение происходит с выделением сернистого газа: 2Al + 6H₂SO_4(конц.) t°→ Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O В особых условиях с конц. H₂SO₄ могут также выделяться S или H₂S.
С HNO₃ (при нагревании)	Как и с конц. серной кислотой, концентрированная HNO₃ пассивирует алюминий на холоде. При нагревании образуется бурый газ (NO₂). При уменьшении концентрации кислоты выделяются более глубокие продукты восстановления азота: Концентрированная: Al + 6HNO_3(конц.) t°→ Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O Разбавленная: 10Al + 36HNO_3(разб.) → 10Al(NO₃)₃ + 3N₂↑ + 18H₂O Очень разбавленная: 8Al + 30HNO_{3(оч.разб.)} → 8Al(NO₃)₃ + 3NH₄NO₃ + 9H₂O
С щелочами (в растворе)	Алюминий (из-за своей амфотерности) легко реагирует с водными растворами щелочей. Разрушается оксидная пленка, выделяется водород и образуется комплексная соль (тетрагидроксоалюминат): 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑
С щелочами (в расплаве)	При сплавлении со щелочами (без избытка воды) образуются безводные соли — алюминаты, и выделяется водород: 2Al + 2NaOH + 2H₂O t°→ 2NaAlO₂ + 3H₂↑
Алюмотермия (с оксидами металлов)	Алюминий — сильный восстановитель, применяемый для вытеснения тяжелых и тугоплавких металлов из их оксидов. Реакции идут со значительным выделением тепла и света (разгорание): 2Al + Fe₂O₃ t°→ Al₂O₃ + 2Fe 8Al + 3Fe₃O₄ t°→ 4Al₂O₃ + 9Fe 2Al + Cr₂O₃ t°→ Al₂O₃ + 2Cr
С окислителями в щелочной среде	Важная особенность: в сильнощелочной среде алюминий восстанавливает нитраты и нитриты вплоть до аммиака. Реакция идет при нагревании. Водород при этом не выделяется! 8Al + 3KNO₃ + 5KOH + 18H₂O → 8K[Al(OH)₄] + 3NH₃↑ 2Al + NaNO₂ + NaOH + 5H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + NH₃↑

Термит

Смесь порошка алюминия и железной окалины (Fe₃O₄) называется "термитом". При поджигании она горит с выделением колоссальной температуры (до 2500°C), которой достаточно, чтобы расплавленное железо заваривало рельсы прямо на путях!

Вопрос 1: Взаимодействие с простыми веществами, кислотами и щелочами (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций, характеризующие свойства алюминия:

$Al + I_2 \xrightarrow{H_2O} \dots$
$Al + C \xrightarrow{t^\circ} \dots$
$Al + NaOH + H_2O \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
$Al + KOH \xrightarrow{t^\circ(сплавление)} \dots + \dots\uparrow$
$Al + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} Al_2(SO_4)_3 + \dots\uparrow + \dots$
$Al + HNO_3(разб.) \rightarrow \dots + N_2O\uparrow + \dots$

Ответ:

$2Al + 3I_2 \xrightarrow{H_2O} 2AlI_3$ (вода — катализатор)
$4Al + 3C \xrightarrow{t^\circ} Al_4C_3$
$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$
$2Al + 2KOH + 2H_2O \xrightarrow{t^\circ} 2KAlO_2 + 3H_2\uparrow$ (образуется метаалюминат)
$2Al + 6H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O$
$8Al + 30HNO_3(разб.) \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3N_2O\uparrow + 15H_2O$