Практичне завдання алюміній і його сполуки
студентка гр. Х-111
Перевірив: Кожухова Т.Ю.
Адюмі. ний - елемент 13-й групи періодичної таблиці хімічних елементів (по застарілої класифікації - елемент головної підгрупи III групи), третього періоду, з атомним номером 13. Позначається символом Al (лат. Aluminium). Відноситься до групи легких металів. Найбільш поширений метал і третій за поширеністю хімічний елемент в земній корі (після кисню і кремнію).
Проста речовина алюміній (CAS-номер: 7429-90-5) - легкий, парамагнітний метал сріблясто-білого кольору, що легко піддається формуванню, лиття, механічної обробки. Алюміній має високу тепло- і електропровідністю, стійкістю до корозії за рахунок швидкого освіти міцних оксидних плівок, що захищають поверхню від подальшої взаємодії.
Фізико-хімічні властивості алюмінію
Алюміній - найважливіший легкий метал.
Помістимо смужку листового алюмінію або шматочок алюмінієвого дроту в несвітними частина полум'я бунзеновской пальника. Метал покриється щільним шаром оксиду алюмінію Al2O3. Чистий алюміній плавиться при 658 ° С, проте в даному випадку цього не відбудеться, тому що він захищений плівкою оксиду.
Оксид алюмінію плавиться при 2700 ° С в киснево-водневої пальника або в електричній дузі. Переплавлений оксид алюмінію володіє великою твердістю. Його використовують в якості синтетичного корунду при виробництві каменів для годин. Забруднене корунд застосовується як абразив (наждак). Коштовні камені - рубін і сапфір - складаються з оксиду алюмінію зі слідами фарбувальних добавок (оксидів хрому, кобальту і титану). Зараз їх отримують синтетично.
Для виявлення алюмінію розчинний невелику кількість досліджуваного металу. Однак зробити це не так-то просто, тому що завжди присутня на поверхні плівка оксиду захищає метал від подальшого руйнування розведеними кислотами. Навіть концентрована азотна кислота (у якій розчиняється більшість металів) майже не руйнує алюміній, так як захисна здатність плівки оксиду під її окислюючими дією ще посилюється. (Перевірте!) Якщо ми заллємо алюмінієві тирсу концентрованою соляною кислотою, то спочатку не помітимо жодної реакції. Тільки через деякий час метал почне розчинятися з утворенням хлориду алюмінію і виділенням водню. Так як реакція екзотермічна, суміш нагрівається, причому розчинення посилюється. Вміст склянки може, нарешті, закипіти і спіниться.
Обережно! Застосовувати тільки невеликі кількості! Так як кислота може виплеснутися, треба триматися на відстані і надіти захисні окуляри! Розбавимо отриманий розчин і проведемо з ним кілька реакцій. При додаванні в нього розведеного розчину їдкого натру в осад випадає драглистий безбарвний гідроксид алюмінію:
АlСl3 + 3NaОН => 3NaCl + Аl (ОН) 3
При подальшому додаванні концентрованого розчину їдкого натру утворюється розчинний алюмінат натрію:
Аl (ОН) 3 + 3NаОН => Nа3 [Аl (ОН) 6]
Нашатирний спирт також тримає в облозі гідроксид алюмінію, проте в надлишку нашатирного спирту осад не розчиняється, в той час як гідроксид цинку розчиняється з утворенням комплексної сполуки.
Отфильтруем трохи гідроксиду алюмінію. Висушимо фільтр з осадом і потім нагріємо на вугіллі в полум'ї паяльної лампи. При цьому гідроксид алюмінію відщеплює воду і перетворюється на оксид, який при нагріванні дає яскраве біле світіння. Охолодити його трохи і змочивши декількома краплями сильно розведеного розчину солі кобальту. Якщо після цього прожарити оксид ще деякий час паяльною лампою, маса забарвиться в блакитний колір в результаті утворення алюмінату кобальту (тенардовой сині).
Як і при виявленні цинку, ми можемо додати нітрат або хлорид кобальту безпосередньо в розчин, потім намочити смужку фільтрувального паперу в отриманому розчині і сильно прожарити золу, отриману при її спалюванні. Той, хто всупереч вказівкам буде використовувати папір для письма, отримає майже у всіх випадках позитивний результат, так як сполуки алюмінію застосовують для просочування паперу.
Для досвіду необхідно взяти такі реактиви: 4,8 г нітрату калію (можна замінити нітратом барію), 4 г чавунних тирси, 0,8 г алюмінієвого пилу і 1,6 г крохмалю (декстрин). До сухої суміші повільно додавати води до отримання сметаноподібної маси. Дріт покривають сумішшю в два етапи. Після просушування свічки підпалюють.
РЕАКЦІЯ БРОМУ І АЛЮМІНІЮ.
Якщо в пробірку з термостійкого скла помістити кілька мілілітрів брому і акуратно опустити в нього шматочок алюмінієвої фольги, то через деякий час (необхідне для того, щоб бром проник через оксидну плівку) почнеться бурхлива реакція. Від тепла, що виділяється алюміній плавиться і у вигляді маленького вогняного кульки катається по поверхні брому (щільність рідкого алюмінію менше щільності брому), швидко зменшуючись в розмірах. Пробірка наповнюється парами брому і білим димом, що складається з дрібних кристалів броміду алюмінію:
РЕАКЦІЯ з йодом І АЛЮМІНІЙ.
Змішаємо в порцеляновій чашці невелика кількість порошкоподібного йоду з алюмінієвою пудрою. Поки реакції не помітно: за відсутності води вона протікає вкрай повільно. Користуючись довгою піпеткою, крапни на суміш кілька крапель води, що грає роль ініціатора, і реакція піде енергійно - з утворенням полум'я і виділенням фіолетових парів йоду.
ХІМІЧНИЙ ДОСВІД зі зникненням виготовленню алюмінію ЛОЖКИ
Хто не знає, що алюмінієвий посуд служить цілими десятиліттями? Але іноді відбуваються дивні речі: вона зникає буквально на очах. Візьмемо алюмінієву ложку і ретельно очистимо її дрібнозернистим наждачним папером, а потім знежирити її, опустивши на 5-10 хвилин в ацетон. Після цього окунем ложку на кілька секунд в розчин нітрату ртуті (II) (Обережно! Сполуки ртуті отруйні!), Що містить в 100 мл води 3,3 г Hg (NO3) 2. Як тільки поверхня алюмінію в розчині солі ртуті стане сірою, ложку треба вийняти, обмити кип'яченою водою і висушити, промокаючи (але, не витираючи) фільтрувальної або туалетним папером. На ваших очах почнуться чудеса: металева ложка поступово перетворюватиметься в білі пухнасті пластівці, і незабаром від неї залишиться тільки непоказна сіра купка "попелу".
Al + 3 Hg (NO3) 2 = 3 Hg + 2 Al (NO3) 3.
Що ж сталося? Алюміній - активний в хімічному відношенні метал. Зазвичай він захищений від атмосферного кисню і вологи тонкою оксидною плівкою на його поверхні. Обробивши алюміній сіллю ртуті, ми зруйнували захисну плівку. Перебуваючи в розчині нітрату ртуті, алюміній витісняє з солі металеву ртуть. На очищеній поверхні ложки з'являється тонкий шар амальгами алюмінію (сплаву алюмінію і ртуті). Амальгама не захищає поверхню металу, і він перетворюється в пухнасті пластівці метагидроксид алюмінію AlO (OH). Витрачений в цій реакції метал поповнюється новими порціями розчиненого в ртуті алюмінію. І ось замість блискучої ложки на папері залишається метагидроксид алюмінію і дрібні крапельки ртуті. Якщо після розчину нітрату ртуті алюмінієву ложку відразу ж занурити в дистильовану воду, то на поверхні металу з'являться бульбашки газу і лусочки білої речовини. Це водень і метагидроксид алюмінію.
Подібним чином поводиться алюміній у водному розчині хлориду міді СuCl2. Спробуйте опустити в цей розчин очищену і знежирену алюмінієву пластинку. Ви побачите освіту коричневих пластівців металевої міді і виділення бульбашок газу. Виділення міді - це зрозуміло: більш активний хімічно метал алюміній витісняє мідь з її солей. Але як пояснити виділення газу? Виявляється, в цьому випадку теж руйнується захисна плівка на поверхні алюмінію, і він починає виділяти з води водень і перетворюватися в метагидроксид алюмінію.
Несподіваною захисницею алюмінію виявляється концентрована азотна кислота. Щоб в цьому переконатися, очищену і знежирену алюмінієвий дріт опускають в пробірку, наповнену на третину висоти концентрованою азотною кислотою, а через 5 хвилин виймають і промивають водою. Тепер занурюють дріт в іншу пробірку з розведеною (1: 1) соляною кислотою. Та частина дроту, яка побувала в концентрованої азотної кислоти, залишиться без змін, а на поверхні іншої (верхньої) частини дроту почнеться енергійне виділення газу. Йде хімічна реакція, алюміній розчиняється в кислоті з виділенням водню і AlCl3. Концентрована азотна кислота пасивує алюміній, викликаючи появу на активних ділянках його поверхні найтоншої захисної плівки. Він захищає поверхню металу від контакту з соляною кислотою.
ГОРІННЯ алюмінію НА ПОВІТРІ.
Для досвіду необхідно взяти алюмінієву пил і помістити її в пробірку. Алюмінієвий пил легко згоряє, тому що площа зіткнення з киснем дуже велика. За трубці подамо повітря в пробірку, повітря буде видувати алюмінієву пил з пробірки. У полум'ї пальника частинки пилу, спалахуючи, згоряють.
Амфотерні властивості ГІДРОКСИДУ алюмінію.
Отримаємо гідроксид алюмінію, щоб дослідити його властивості. Для цього розчин хлориду алюмінію з'єднуємо з розчином аміаку, випадає осад гідроксиду алюмінію.
AlCl3 + 3NH4OH = Al (OH) 3 + 3NH4Cl
Переконаємося, що гідроксид алюмінію амфотерное підставу. В одну з пробірок додамо розчин лугу, осад гідроксіда- розчиняється. По-другу пробірку додаємо розчин соляної кислоти, осадог гідроксиду алюмінію розчиняється як і в попередній пробірці. Підстави, які реагують з розчинами лугів і кислот, називають амфотерними.
Іони алюмінію можна виявити за допомогою розчину аміаку. До розчину хлориду алюмінію додаємо розчин аміаку, випадає напівпрозорий, осад гідроксиду алюмінію. Реакція з аміаком - якісна реакція на іон алюмінію.
РЕАКЦІЯ алюмінію з лугами І ВОДОЮ.
Алюміній - активний метал. Однак, через міцної оксидної плівки його активність мала помітна. Алюміній не реагує з водою, тому що на поверхні металу є щільна плівка оксиду. Плівку оксиду можна видалити лугом, коли плівка розчиняється, метал починає бурхливо реагувати з лугом, виділяється водень. Перевіримо, чи діятиме вода, від звільненої плівки на поверхні алюмінію? Потрібно видалити луг і промити поверхню металу дістілярованной водою. Алюміній реагує з водою! Виділяється водень і утворюється нерозчинний гідроксид алюмінію. Якщо порушити щільну, природну плівку алюмінію, він легко руйнується навіть у воді.
НЕЗВИЧАЙНА РЕАКЦІЯ витіснення.
Ретельно перемішайте суміш з 12 г порошку алюмінію та 8,5 г оксиду заліза Fe2O3. Помістіть її в залізний тигель великого обсягу і поставте в піщану баню. Підпалювати суміш можна магнієвої стрічкою або сумішшю перманганату калію і гліцерину (1 г перманганату калію і 2-3 краплі гліцерину). Суміш горить з сліпучим світлом і сильним розігрівом. Рівняння алюмінотермічне реакції:
Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3
Досвід демонструє процес, часто вживаний в техніці для зварювання масивних металевих виробів і одержання металів. Досвід проводите в окулярах і масці під тягою.
За допомогою алюмотермії можна провести цікавий СИНТЕЗ дорогоцінного каміння - рубіни, мінералу, хрому, яка надає кристалу характерний колір.
Приготуйте суміш з 1 г порошку алюмінію та 0,5 г оксиду хрому (3) і ретельно перемішайте. Насипте на дно залізного тигля 2,5 г фториду кальцію (він буде виконувати роль флюсу, що знижує температуру плавлення суміші), зверху засипте приготовлену раніше суміш, а потім запальну суміш (0,6 г KNO3 і 0,2 г глюкози або цукру). Тигель поставте під тягу в піщану баню. Сталеву трубку діаметром 0,5-1 см і завдовжки 10-15 см закріп в штативі і направте всередину тигля, до трубки за допомогою довгого гумового шланга з затискачем приєднаєте кисневу подушку.
Налаштуйте ток кисню і підпаліть суміш в тиглі сірником. Реакція протікає з сліпучим світлом, так як кисневе дуття підвищує температуру горіння. Після охолодження продуктів реакції на поверхні і на зламах спеклися речовин видно безліч блідо-рожевих кристаликів рубіна. Рівняння реакції:
Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr
алюміній хімічний дослід
Орлик Г.Ю. Хімічний калейдоскоп / [Текст] // Народна асвета, М., 1988, - 32с.
Теги: Алюміній і його сполуки Практичне завдання Хімія