Лабораторная работа № 6 элементы III а группы. Алюминий

Теоретическая часть.

Бор (В) и алюминий (Аl) входят в III А группу периодической системы элементов Д.И. Менделеева, куда кроме них входят галлий (Ga), индий (In) и таллий (Тl). Во внешнем электронном уровне их атомов по три электрона s²p¹, а в возбужденном состоянии s¹p². Элементы III А группы образуют соединения, в которых их степени окисления равны +1 и +3. Однако соединения элементов с окислительным числом +1 устойчивы только у таллия. При образовании соединений, в которых окислительное число элементов группы +3, связи осуществляются за счет перекрывания трех гибридных облаков s¹p²(g³) поэтому молекулы имеют плоское треугольное строение, дипольный момент равен нулю.

Алюминий по своим свойствам резко отличается от бора. Алюминий обладает ярко выраженными металлическими свойствами, избыточное валентное состояние алюминия 3. Несмотря на довольно высокое отрицательное значение электродного потенциала (- 1,66 в) алюминий в воде не растворяется из-за устойчивости оксидной пленки.

Разбавленная соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий, особенно при нагревании. Сильно разбавленная и холодная концентрированная азотная кислота алюминий не растворяет из-за образования защитной оксидной пленки. При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида растворяется, причем образуются алюминаты - соли, содержащие алюминий в составе аниона:

Аl₂О₃ + 2 NaOH + З Н₂О = 2 Na[Al(OH)₄]

Алюминий, лишенный защитной пленки, взаимодействует с водой, вытесняя из нее водород:

2Аl + 6H₂О = 2 А1(ОН)з + 3 H₂ ^↑

Образующийся гидроксид алюминия реагирует с избытком щелочи, образуя гидроксоалюминат:

А1(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] .

Суммарное уравнение реакции растворения алюминия в водном растворе выглядит так:

2 Аl + 2 NaOH + 6 H₂O = 2 Na[AI(ОH)₄] + 3H₂ .

Оксид алюминия в кислотах не растворяется, медленно растворяется только в концентрированных и нагретых растворах щелочей. Гидроксид алюминия А1(ОН)з – типичное амфотерное соединение: свежеприготовленный, легко растворяется и в кислотах и в щелочах. Соли алюминия в растворах сильно гидролизованы.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Действие щелочей и кислот на алюминий (опыт проводить под тягой!)

Поместить в 3 пробирки немного алюминиевых стружек и добавить в первую пробирку 30 % раствор NaOH, во вторую - разбавленную HCl, в третью – концентрированную HNO₃ (пo 2...3 мл в каждом случае). Пробирки с раствором щелочи и азотной кислоты нагреть. В концентрированной HNO₃ алюминий не растворяется. Объяснить механизм реакции алюминия со щелочами. Объяснить различное отношение к соляной и азотной кислотам. Написать уравнения реакций.

Опыт 2. Амфотерность гидроксида алюминия

Получить гидроксид алюминия и убедиться в его амфотерности. Написать уравнение реакции образования алюмината натрия.

Опыт 3. Гидролиз солей алюминия

В пробирку налить 2 мл дистиллированной воды и добавить полоску универсальной индикаторной бумаги. В другую пробирку внести 2...3 капли раствора соли AlCl_3. Как изменилась окраска лакмуса при растворении в воде соли алюминия? Написать ионное уравнение ре­акции гидролиза соли алюминия.

Контрольные вопросы

1. Написать электронные формулы бора и алюминия. Какие степени окисления проявляют бор и алюминий?

2. В виде каких соединений алюминий встречается в природе? Как получают металлический алюминий в промышленности?

3. В чем заключается сущность процесса алюмотермии?

4. Какое положение занимает алюминий в ряду напряжений металлов? Как относится алюминий к кислороду воздуха, к воде, кислотам и щелочам? Чем объясняется устойчивость алюминия по отношению к азотной кислоте?

Написать уравнения реакций взаимодействия алюминия с разбавленными и концентрированными кислотами: серной, соляной, азотной, а также с раствором щелочи.

5. В результате каких реакций, можно получить гидроксид алюминия из металлического алюминия?

6. К избытку раствора хлорида алюминия прибавили несколько капель едкого натра; к избытку раствора едкого натра прибавили несколько капель хлорида алюминия. В каком случае выпал осадок? Объясните, почему в одном случае выпал осадок, а в другом нет, написав соответствующие уравнения реакций.

7. Как повлияет на равновесие гидролиза А1Сl₃ добавление соляной кислоты?

8. Написать следующие уравнения реакций в сокращенно-ионной и молекулярной формах:

AlCl₃ + NaOH =

AlCl₃ + NH₃ + Н₂О =

AlCl₃ + H₂O =