Тема 3. Металічні елементи та їх сполуки.

Заняття 2 Алюміній та його сполуки. Ферум як представник елементів побічних підгруп. Сполуки феруму. Метали і сплави в сучасній техніці., розвиток металургійної промисловості. Охорона довкілля.

Навчальні питання:

1. Алюміній , оксид і гідроксид алюмінію, їх амфотерність, солі Алюмінію

застосування найважливіших сполук .

1. Ферум , оксиди , гідроксиди , солі Феруму застосування найважливіших

сполук ..

2. Загальні способи добування металів, виробництво чавуну і сталі.

3. Метали і сплави в сучасній техніці., розвиток металургійної промисловості. Охорона довкілля.

Навчальна література:

Л – 5 с 148-149, 167 – 173.

Алюміній.

Е лемент ІІІ групи головної підгрупи періодичної системи.

B – неметал металічні

Al – амфотерний метал властивості

Ga – амфотерний метал зростають

In – метал

Tl – метал

Будова атома. 3s² 3p¹

На зовнішньому енергетичному рівні алюмінію міститься три електрони, які легко відриваються під час реакцій, тому алюміній має металічні властивості.

Ме⁰ – 3е = Ме³⁺

Фізичні властивості

Сріблясто-білий метал, пластичний , легкий, тепло і електропровідний.

Т _пл. = 660 ⁰С.

Хімічні властивості.

1. Горить, окислюється киснем повітря утворюючи міцну оксидну плівку на поверхні,тому не піддається корозії. 4Al+3O₂=2Al₂O₃

2. Взаємодіє з неметалами. 2Al+3Cl₂=2AlCl₃; Al + S =Al₂S₃; 4Al+ 3C=Al₄C₃

3. Взаємодіє з водою 2 Al + 3 H₂O = Al₂O₃ +3H₂

4. Взаємодіє з солями менш активних металів 2Al+ 3ZnCl₂ = 2AlCl₃ + 3Zn

5. Взаємодіє з кислотами 2 Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂

6. Взаємодіє з лугами Al + 3NaOH +3 H₂O = Na₃ [Al (OH)₆ ] + 3H₂

7. Взаємодіє з оксидами менш активних металів (терміт) 2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃+ Fe

Добування

Електролізом розплаву суміші Al₂O₃ i Na₃AlF₆ T = 962 ⁰C

Сполуки алюмінію

Al₂O₃ – корунд, мінерал, що має високу твердість, червоний корунд – рубін, синій корунд – сапфір, безбарвний корунд використовують як наждак, або абразивний матеріал, виготовляють шліфувальні круги та вогнетривкі матеріали, дрібнодисперсний Al₂O₃ використовують як адсорбент . Поширений на землі елемент ( 8% за масою).Вдомо понад 250 мінералів, серед яких найбільше значення мають боксит Al₂O₃× ХH₂O, корунд, та кріоліт Na₃AlF₆ ,входить до складу глин.

Al₂O₃ – нерозчинний у воді, кислотах та лугах. Ри сплавленні з лугами виявляє амфотерні властивості.

Al₂O₃ + 6NaOH = 2 Na₃AlO₃ + 3 H₂O.

Al(OH)3- амфотерний гідроксид

1. Взаємодіє з кислотами Al(OH)₃ + 3 HCl= AlCl₃ +3H₂O

2. Взаємодіє з основами Al(OH)₃ + KOH = K₃AlO₃ + 3H₂O

3. Розкладається при нагріванні 2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O

Якісна реакція на солі алюмінію – взаємодіє з основами утворюючи білий драглистий осад

AlCl₃+ 3NaOH =Al(OH)₃ +3 NaCl

Застосування алюмінію

1. Виробництво сплавів на його основі : дюралюміній та інші, що використовуються у авіаційній та автомобільній промисловості та ракетобудуванні

2. Виробництво корозійно стійкої апаратури

3. Виробництво електричних дротів

4. Виробництво фольги

5. У металургії для алюмотермії

6. Срібна фарба

7. Посуд і предмети побуту.

Ферум.

Будова атома.

Ферум входить до складу побічної підгрупи VІІІ групи та належить до d– елементів.

Fe⁰ 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁶ 4s²

Fe ⁺² 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁶ 4s⁰

Fe⁺³ 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁵ 4s⁰

У хімічних реакціях залізо є відновником , легко віддає зовнішні s- електрони тому має ступінь окиснення + 2 . Оскільки 3d – підрівень атома ферума незаповнений та нестійкий то d електрони приймають участь в утворенні хімічних зв’язків тому ферум в сполуках виявляє декілька ступенів окиснення . найхарактерніші з яких +2 та +3.

Поширення в природі.

Ферум- другий за поширеністю метал , після алюмінію. ( 4,65% за масою). Основні мінерали: магнетит Fe₂O₃, гематит Fe₂O₃, лимоніт Fe₂O₃ ×H₂O, сидерит FeCO₃, пірит FeS₂. Ферум входить до складу живих організмів, в яких є складовою частиною гемоглобіну – компонента крові , що переносить кисень від легенів до тканин.

Фізичні властивості.

Сріблясто-білий метал з високою температурою плавлення(1539 ⁰С) , добре проводить струм і тепло, пластичний та м’який, має магнітні властивості.

Хімічні властивості

1. Взаємодіє з киснем 3Fe+2O₂=Fe₂O₃

2. Взаємодіє з неметалами 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃; Fe + S = FeS

3. Взаємодіє з водою при кімнатній температурі повільно окислюється 4 Fe + 6 H₂O + 3 O₂ =4 Fe(OH)₃ , при нагріванні витісняє водень з гарячої води 3 Fe + 4 H₂O = Fe₂O₃ + 4 H₂

4. Взаємодіє з кислотами Fe + 2 HCl = FeCl₂ + H₂

5. Взаємодіє з солями менш активних металів Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄

Сполуки феруму.

Fe⁺²

Ферум(ІІ) оксид FeО - тверда порошкоподібна сполука чорного кольору , погано розчинна у воді. Добування: Fe₂O₃ + H₂= Fe O+ H₂O; Fe₂O₃ + CO = CO₂ + FeO Має основні властивості. Взаємодіє з кислотами FeO +2 HCl= FeCl₂ + H₂O

Взаємодіє з киснем 4 FeO + O₂ = 2 Fe₂O₃

Ферум (ІІ) гідроксид Fe(OH)₂ – речовина світло-зеленого кольору , погано розчинна у воді. Добування: FeSO₄ + 2 NaOH = Fe(OH)₂ + Na₂SO₄.

Fe(OH)₂ основа тому взаємодіє з кислотами Fe(OH)₂ + H₂SO₄ = FeSO₄ + 2 H₂O

Легко окислюється киснем повітря. 4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O= 4 Fe(OH)₃

Fe⁺³

Ферум(ІІI) оксид Fe₂О₃ - речовина бурого кольору нерозчинна у воді , найстійкіша сполука феруму, амфотерний гідроксид. Взаємодіє з кислотами Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3 H₂O;

взаємодіє з лугами та карбонатами лужних металів утворюючи ферити

Fe₂O₃ + 2 NaOH = 2 NaFeO₂ + H₂O

Fe₂O₃ + Na₂CO₃= 2 NaFeO₂ + CO₂

Ферити гідролізують у воді

NaFeO₂ + 2 H₂O = Fe(OH)₃ + NaOH

Під час значного нагрівання Fe₂O₃ утворює магнетит Fe₃O₄

6Fe₃O₂ = 4 Fe₃O₄ +O₂

Ферум(ІІI) гідроксид Fe(ОН) ₃ – речовина бурого кольру, погано розчинна у воді. Добування: Fe(NO₃)₃ + 3KOH = Fe(OH)₃ + 3 KNO₃

Розкладається під час нагрівання 2 Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + H₂O

Розчиняється в кислотах 2Fe(OH)₃ + 3 H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)3 + 6 H₂O

Розчиняється в лугах Fe(OH)₃ + 3 NaOH = Na₃[Fe(OH)₆]

Солі феруму

FeSO₄ ×7 H₂O – Залізний купорос використовується для консервування деревини, виробництво барвників, електролітів

FeCl3 – фарбування тканин.

Якісні реакції на солі заліза

K4[Fe(CN)6] - жовта кровяна сіль , реактив на Fe⁺³

4 FeCl3 + 3 K4[Fe(CN)6]=12KCl + Fe4[Fe(CN)6] синій розчин – «берлінська лазур»

K3[Fe(CN)6] - червона кровяна сіль, реактив на Fe⁺²

3FeCl2+ K3 [Fe(CN)6]= 6 KCl + Fe3[Fe(CN)6] синій розчин – « глауберова синь»

Сплави на основі заліза

Сплавами називають складні системи з металів, неметалів та їх сполук, що зберігають характерні ознаки металічного стану речовини( металічний зв'язок, фізичні та механічні властивості)

Чавун – сплав заліза в якому домішок >1,7%. Виробляють в доменних печах

Сталь – сплав заліза в якому домішок <1,7 %. Виробляють в мартенівських печах, кисневих конвекторах, електропечах.

Самостійна робота студентів

1. Здійснити перетворення BaCl2 – Ba – Ba(OH)2 – BaCl2 – BaSO4

2. K – KOH – Al(OH)3 – Al2O3 – Al

3. MgO – MgCl2 – Mg(OH)2 – MgO – Mg

4. Розробить презентацію на теми:

1. Металургійне виробництво в Україні

2. Доменне виплавляння чавуну та використання чавуну в народному господарстві

3. Способи виплавляння сталі та використання сталі у народному господарстві.