Химия. 9 класс · Габриелян, Остроумов, Сладков · § 33

Упражнение 5 к § 33

Задача 1

Условие (кратко)

а) Уравнения превращений Al → Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ → Al₂O₃ → Al(NO₃)₃; для реакций в растворах — ионные уравнения, для ОВР — электронный баланс.

Решение

Алюминий с разбавленной серной кислотой:
$\mathrm{2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow}$ $\mathrm{\overset{0}{Al} - 3e^- \rightarrow \overset{+3}{Al}} \quad | \times 2 \quad \text{восстановитель}$ $\mathrm{2\overset{+1}{H} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{H_2}} \quad | \times 3 \quad \text{окислитель}$ Восстановитель — $\mathrm{Al}$ , окислитель — $\mathrm{H_2SO_4}$ (ионы $\mathrm{H^+}$ ). Ионные уравнения: $\mathrm{2Al + 6H^+ + 3SO_4^{2-} \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3H_2\uparrow}$ $\mathrm{2Al + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow}$
Щёлочь — не в избытке:
$\mathrm{Al_2(SO_4)_3 + 6NaOH \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3Na_2SO_4}$ $\mathrm{2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6Na^+ + 6OH^- \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 6Na^+ + 3SO_4^{2-}}$ $\mathrm{Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3\downarrow}$
Разложение при нагревании:
$\mathrm{2Al(OH)_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3H_2O}$
Оксид с азотной кислотой:
$\mathrm{Al_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Al(NO_3)_3 + 3H_2O}$ $\mathrm{Al_2O_3 + 6H^+ + 6NO_3^- \rightarrow 2Al^{3+} + 6NO_3^- + 3H_2O}$ $\mathrm{Al_2O_3 + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2O}$

Ответ

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑; Al³⁺ + 3OH⁻ → Al(OH)₃↓; 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O (t); Al₂O₃ + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3H₂O

Почему так

Металл переводят в соль кислотой, соль в гидроксид — щёлочью, гидроксид в оксид — нагреванием, амфотерный оксид в соль — кислотой.

Условие (кратко)

б) Уравнения превращений Al → AlCl₃ → Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ → Al₂(SO₄)₃; для реакций в растворах — ионные уравнения, для ОВР — электронный баланс.

Решение

Алюминий с хлором:
$\mathrm{2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3}$ $\mathrm{\overset{0}{Al} - 3e^- \rightarrow \overset{+3}{Al}} \quad | \times 2 \quad \text{восстановитель}$ $\mathrm{\overset{0}{Cl_2} + 2e^- \rightarrow 2\overset{-1}{Cl}} \quad | \times 3 \quad \text{окислитель}$ (Можно и соляной кислотой: $\mathrm{2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow}$ , сокращённое ионное $\mathrm{2Al + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow}$ ; окислитель — $\mathrm{H^+}$ .)
Избыток щёлочи:
$\mathrm{AlCl_3 + 4NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4] + 3NaCl}$ $\mathrm{Al^{3+} + 3Cl^- + 4Na^+ + 4OH^- \rightarrow Na^+ + [Al(OH)_4]^- + 3Na^+ + 3Cl^-}$ $\mathrm{Al^{3+} + 4OH^- \rightarrow [Al(OH)_4]^-}$
Осадок выделяют углекислым газом (избыток $\mathrm{CO_2}$ осадок не растворяет):
$\mathrm{Na[Al(OH)_4] + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + NaHCO_3}$ $\mathrm{[Al(OH)_4]^- + CO_2 \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + HCO_3^-}$ (Подойдёт и соляная кислота строго по каплям: $\mathrm{[Al(OH)_4]^- + H^+ \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + H_2O}$ .)
Гидроксид с серной кислотой:
$\mathrm{2Al(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 6H_2O}$ $\mathrm{2Al(OH)_3 + 6H^+ + 3SO_4^{2-} \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6H_2O}$ $\mathrm{Al(OH)_3 + 3H^+ \rightarrow Al^{3+} + 3H_2O}$

Ответ

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃; Al³⁺ + 4OH⁻ → [Al(OH)₄]⁻; [Al(OH)₄]⁻ + CO₂ → Al(OH)₃↓ + HCO₃⁻; Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O

Почему так

Избыток щёлочи переводит соль алюминия в комплекс, слабая кислота (CO₂) возвращает осадок — так проявляется амфотерность.