Аналитическое определение ионов алюминия

Тема 9. Металлы алюминий, железо, медь, цинк, хром

Алюминий

 

Из элементов III группы главной подгруппы, в соответствии с кодификатором, подробно рассмотрим только алюминий и его соединения.

По содержанию в земной коре, алюминий занимает 1 место среди металлов (около 7,5 % по массе). Он входит в состав многих силикатов (полевые шпаты, глины), гидраты оксида алюминия образуют породы бокситы и являются основной алюминиевой рудой.

 

Получение алюминия

Алюминий является очень активным металлом. В небольших количествах его можно получить восстановлением из солей щелочными металлами, например:

3K + AlCl₃ = 3KCl + Al

 

Реакция оксида алюминия с углеродом приводит к образованию карбида алюминия:

2Al₂O₃ + 9C = Al₄C₃ + 6CO

 

В промышленности алюминий получают электролизом расплава бокситов в криолите. Криолит – гексафтороалюминат натрия Na₃[AlF₆] – минерал, получаемый искусственно, необходим для понижения температуры плавления оксида алюминия. Температура расплава составляет около 950°С, в расплаве присутствуют катионы Al³⁺, Na⁺ и анионы O^2–, F^–. При пропускании тока на катоде будет восстанавливаться менее активный металл алюминий:

 

Al³⁺ + 3 ē ® Al⁰

 

а на аноде будет окисляться кислород:

 

2O^2– – 4 ē ® O₂⁰

 

Суммарное уравнение электролиза:

 

2Al₂O₃ (расплав)  4Al + 3O₂

                                                                  катод анод

 

Химические свойства алюминия

1. Взаимодействие с простыми веществами.

На воздухе алюминий покрывается очень прочной оксидной пленкой оксида алюминия, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Изделия из алюминия устойчивы даже при достаточно высоких температурах. Тем не менее, мелкодисперсный порошок алюминия легко реагирует со многими неметаллами: кислородом, галогенами, серой, углеродом и даже азотом:

 

4Аl + 3О₂ = 2Аl₂О₃

 

2Аl + 3I₂ = 2АlI₃

 

2Аl + 3S = Аl₂S₃

 

2Аl + N₂ = 2АlN

 

4Аl + 3C = Аl₄C₃

 

Три последние соединения при обработке водой подвергаются необратимому гидролизу, разлагаются:

 

Аl₂S₃ + 6H₂O = 2Аl(OH)₃¯ + 3H₂S­

 

АlN + 4H₂O = Аl(OH)₃¯ + NH₃×H₂O

 

Аl₄C₃ + 12H₂O = 4Аl(OH)₃¯ + 3CH₄­

 

2. Взаимодействие со сложными веществами.

С водой. Защитная оксидная пленка делает алюминий инертным и по отношению к воде. При снятии защитной оксидной пленки (например, при обработке водным раствором щелочи), алюминий энергично реагирует с водой:

2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂­

 

С оксидами металлов. Будучи очень активным металлом и имея большое сродство к кислороду, алюминий при нагревании восстанавливает менее активные металлы из оксидов (такой метод получения металлов называется алюмотермия). Так, в случае поджигания смеси порошков оксида железа(III) и алюминия (т.н. термитная смесь), развивается температура 2500–3000°С. В результате этой реакции образуется расплавленное железо:

 

2Al + Fe₂O₃ = 2Fe + Аl₂О₃

 

С кислотами. Алюминий вытесняет водород из кислотами-неокислителями. Следует помнить, что в обычных условиях, без нагревания, алюминий не реагирует с концентрированными азотной и серной кислотой из-за эффекта пассивации. При нагревании же алюминий окисляется кислотами-окислителями (см. раздел ОВР).

Со щелочами. Оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, поэтому алюминий взаимодействует со щелочами с выделением водорода, как в расплаве:

 

2Al + 6NaOH = 2Na₃AlO₃ + 3H₂­

так и в растворе:

 

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂­

Аналитическое определение ионов алюминия

В рамках школьной программы нужно знать, что ионы алюминия можно осадить из раствора в виде белого осадка Al(OH)₃, создавая щелочную среду:

добавляя по каплям раствор щелочи, например:

 

Al(NO₃)₃ + 3NaOH = 3NaNO₃ + Al(OH)₃¯

 

или раствор аммиака:

 

Al(NO₃)₃ + 3NH₃×H₂O = 3NH₄NO₃ + Al(OH)₃¯

 

или раствор соли сильного основания и слабой кислоты (карбонат натрия, сульфид калия и т.п., см. совместный гидролиз):

 

2Al(NO₃)₃ + 3K₂S + 6H₂O = 6KNO₃ + 2Al(OH)₃¯ + 3H₂S­

 

В отличие от многих гидроксидов неамфотерных элементов, в избытке раствора сильного основания (гидроксида натрия или калия) Al(OH)₃ растворяется с образованием гидроксокомплекса:

 

Al(OH)₃¯ + NaOH = Na[Al(OH)₄]

 

Следует помнить, что даже в избытке раствора аммиака (слабого основания), Al(OH)₃ не растворяется, так как алюминий не образует аммиачных комплексов. Это свойство позволяет различить амфотерные Al(OH)₃ и Zn(OH)₂: последний растворяется в избытке раствора аммиака с образованием иона [Zn(NH₃)₄]²⁺ (подробнее см. в свойствах элемента цинка).