Задача 1
Условие (кратко)
Перечислить химические свойства алюминия, подчеркнуть особенности его реакций с серной и азотной кислотами, записать уравнения.
Решение
Алюминий — активный металл-восстановитель (\(\mathrm{Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}}\)), на воздухе защищён оксидной плёнкой.
- С кислородом: \[\mathrm{4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3}\]
- С другими неметаллами: \[\mathrm{2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3, \quad 2Al + 3S \xrightarrow{t} Al_2S_3, \quad 4Al + 3C \xrightarrow{t} Al_4C_3}\]
- С водой (после удаления плёнки): \[\mathrm{2Al + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 + 3H_2\uparrow}\]
- С соляной и разбавленной серной кислотами — выделяется водород: \[\mathrm{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow}\]\[\mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow}\]
- С солями и оксидами менее активных металлов: \[\mathrm{2Al + 3CuCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu, \quad 2Al + Fe_2O_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 2Fe}\]
- С растворами щелочей: \[\mathrm{2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow}\]
Особенности с серной и азотной кислотами. Холодные концентрированные \(\mathrm{H_2SO_4}\) и \(\mathrm{HNO_3}\) алюминий пассивируют: плёнка оксида уплотняется, и реакция не идёт (поэтому эти кислоты перевозят в алюминиевых цистернах). При нагревании реакция идёт, но водород не выделяется — восстанавливается сера или азот:
\[\mathrm{2Al + 6H_2SO_4\text{(конц.)} \xrightarrow{t} Al_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O}\]
\[\mathrm{Al + 6HNO_3\text{(конц.)} \xrightarrow{t} Al(NO_3)_3 + 3NO_2\uparrow + 3H_2O}\]
С разбавленной азотной кислотой водорода тоже нет — азот восстанавливается, например, до \(\mathrm{N_2O}\):
\[\mathrm{8Al + 30HNO_3 \rightarrow 8Al(NO_3)_3 + 3N_2O\uparrow + 15H_2O}\]
Ответ
Реагирует с O₂, Cl₂, S, C, водой (без плёнки), HCl и разбавленной H₂SO₄ (с H₂), солями и оксидами металлов, щелочами; холодными конц. H₂SO₄ и HNO₃ пассивируется, с HNO₃ водород не выделяется
Почему так
Алюминий — активный восстановитель, а необычные свойства связаны с прочной оксидной плёнкой и амфотерностью.
Подробнее — в теме «Алюминий и его соединения».