Способы получения алюминия химия 9 класс

Способы получения алюминия химия 9 класс

Ключевые слова конспекта: алюминий, свойства алюминия, получение и применение алюминия, алюмосиликаты, глина, оксид алюминия, боксит, дюралюмин, дюраль.

Алюминий Al – элемент № 13, 3–го периода, IIIA группы, A_r (Al) = 27. Электронная конфигурация невозбуждённого атома алюминия 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 :

Алюминий является р-элементом. В своих соединениях он всегда имеет степень окисления +3. Оксид и гидроксид алюминия (Al₂O₃ и Al(ОН)₃ соответственно) амфотерны. Существует водородное соединение алюминия – гидрид алюминия AlH₃ (алан) – белый порошок.

По распространённости в земной коре алюминий занимает 4-е место (после О, Si, Н). Основная масса алюминия сосредоточена в алюмосиликатах. Продуктом разрушения алюмосиликатов является глина, она состоит из каолинита – Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2H₂O. Обычно глина содержит примесь соединений железа, придающую ей бурый цвет. Из других минералов наибольшее распространение имеет боксит – Al₂O₃ • nH₂O.

АЛЮМИНИЙ – ПРОСТОЕ ВЕЩЕСТВО

Алюминий – серебристо-белый металл (на воздухе покрывается плотной тонкой плёнкой оксида), плотность 2,7 г/см 3 (лёгкий металл), легкоплавкий (t°_пл. = 660 °С).

На воздухе алюминий покрывается прочной тончайшей (10 –8 м) защитной плёнкой оксида, которая препятствует проникновению кислорода к металлу и практически полностью прекращает дальнейшее окисление.

Алюминиевый порошок сгорает при нагревании в кислороде:

При окислении алюминия выделяется большое количество теплоты. Нагретый порошок алюминия при попадании в атмосферу кислорода реагирует с выделением огромного количества теплоты, достигается температура до 3000–3500 °С. Тепловой эффект реакции алюминия с кислородом чрезвычайно высок, образование этого соединения энергетически очень выгодно.

При нагревании алюминий легко реагирует с серой:

Алюминиевый порошок легко реагирует с галогенами и сгорает в атмосфере хлора. Кусочек алюминия, с которого снята оксидная плёнка, бурно реагирует с бромом. Эти реакции идут без нагревания:

Алюминиевый порошок реагирует с кристаллическим йодом, в присутствии катализатора (или при нагревании) выделяются капельки воды.

Алюминий без оксидной плёнки реагирует с азотом при сильном нагревании (800–1200 °С), образуя нитрид алюминия:

При сильном нагревании (1500–1700 °С) алюминий реагирует с углеродом (графитом) с образованием карбида алюминия:

Алюминий непосредственно не реагирует с водородом. Гидрид алюминия получают косвенным путём.

Алюминий энергично взаимодействует с водой, если механическим путём или амальгамированием снять предохраняющее действие оксидной плёнки:

Вследствие высокого теплового эффекта соединения алюминия с кислородом алюминий активно восстанавливает многие металлы из оксидов (алюмотермия):

При этом реакция обычно сопровождается выделением большого количества тепла и повышением температуры до 1200–3000 °С. Алюмотермия применяется в производстве марганца, хрома, ванадия, вольфрама, ферросплавов.

Как метод получения металлов, алюмотермия была предложена Н. Бекетовым в 1859 г. Её используют для получения многих металлов (Мп, Cr, V, W, Sr, Ва и др.).

Алюминий реагирует с галогеноводородными кислотами, разбавленной серной и азотной кислотами с образованием солей, в которых алюминий находится в катионной форме, и выделением водорода. Например:

Алюминий не реагирует с азотной и серной концентрированными кислотами в обычных условиях. На поверхности алюминия образуется защитная оксидная плёнка, алюминий пассивируется. Алюминий реагирует с разбавленной азотной кислотой (2–3 моль/л) с образованием нитрата алюминия, нитрата аммония и воды:

Алюминий активно взаимодействует с растворами щелочей. Щёлочи растворяют оксидную плёнку на поверхности алюминия. Образуются соли, в которых алюминий находится в анионной форме, и выделяется водород:

Алюминий реагирует с растворами солей, восстанавливая катионы менее активных металлов (металлов, расположенных в ряду напряжений правее алюминия):

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ АЛЮМИНИЯ

Основным сырьём для производства алюминия служат бокситы, содержащие 32–60% глинозёма Al₂O₃. Алюминий получают электролизом расплава глинозёма Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆. В электролизёре находится 6–8% глинозёма и 92– 94% криолита. Криолит в ходе электролиза не расходуется. Его получают искусственным путём – взаимодействием Al(ОН)₃, HF и Na₂CO₃.

На катоде происходит восстановление алюминия: Al 3+ + 3е – → Al 0 ,

на аноде – окисление его оксида: 2Al₂О₃ – 12е – → 4Al 3+ + 3O₂↑,

а затем вторичная реакция на аноде: С + O₂ → СO₂ или 2С + O₂ → 2СО

По широте применения сплавы алюминия занимают 2–е место после чугуна и стали. Алюминий – основа лёгких сплавов (например, дюралюмина, силумина), его применяют для производства различных ёмкостей и аппаратов, фольги и проволоки, в качестве раскислителя стали и восстановителя в алюмотермии. Высокая электропроводность и коррозионная стойкость позволяют применять aлюминий для изготовления электрических проводов, кабелей, конденсаторов. Лёгкость, коррозионная стойкость алюминия и относительная нетоксичность его соединений позволяют применять aлюминий для изготовления бытовой посуды, а алюминиевую фольгу – в пищевой и фармацевтической промышленности для упаковки продуктов и препаратов.

Из сплавов алюминия наиболее распространены дюралюмин, сокращённо – дюраль. Большую твёрдость дюралю по сравнению с чистым алюминием придают добавки меди, марганца и т. д. Дюралюмин – основной конструкционный материал в самолётостроении. Сплавы алюминия широко используются в автомобилестроении, судостроении, авиационной технике.

Конспект урока по химии «Алюминий: характеристика и свойства». Выберите дальнейшее действие:

Источник

Алюминий (Al)

Алюминий (квасцы) впервые был полуен в 1825 году датчанином Г. К. Эрстедом. Изначально, до открытия промышленного способа получения, алюминий был дорооже золота.

Алюминий является самым распространенным металлом в земной коре (массовая доля составляет 7-8%), и третьим по распространенности среди всех элементов после кислорода и кремния. В свободном виде в проироде алюминий не встречается.

Важнейшие природные соединения алюминия:

Рис. Строение атома алюминия.

Алюминий химически активный металл — на его внешнем электронном уровне находятся три электрона, которые участвуют в образовании ковалентных связей при взаимодействии алюминия с другими химическими элементами (см. Ковалентная связь). Алюминий — сильный восстановитель, во всех соединениях проявляет степень окисления +3.

При комнатной температуре алюминий вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе, с образованием прочной оксидной пленки, которая надежно препятствует процессу дальнейшего окисления (корродирования) металла, в результате чего химическая активность алюминия снижается.

Благодаря оксидной пленке алюминий не вступает в реакцию с азотной кислотой при комнатной температуре, поэтому, алюминиевая посуда является надежной тарой для хранения и трансопртирования азотной кислоты.

Физические свойства алюминия:

• металл серебристо-белого цвета;
• твердый;
• прочный;
• легкий;
• пластичный (протягивается в тонкую проволоку и фольгу);
• обладает высокой электро- и теплопроводностью;
• температура плавления 660°C
• природный алюминий состоит из одного изотопа 27 ₁₃Al

Химические свойства алюминия:

• при снятии оксидной пленки алюминий реагирует с водой:
  2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂;
• при комнатной температуре вступает в реакции с бромом и хлором с образованием солей:
  2Al + 3Br₂ = 2AlCl₃;
• при высокой температуре алюминий реагирует с кислородом и серой (реакция сопровождается выделением большого кол-ва тепла):
  4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ + Q;
  2Al + 3S = Al₂S₃ + Q;
• при t=800°C реагирует с азотом:
  2Al + N₂ = 2AlN;
• при t=2000°C реагирует с углеродом:
  2Al + 3C = Al₄C₃;
• восстанавливает многие металлы из их оксидов — алюмотермией (при t до 3000°C) получают промышленным способом вольфрам, ванадий, титан, кальций, хром, железо, марганец:
  8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe;
• с соляной и разбавленной серной кислотой реагирует с выделением водорода:
  2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂;
  2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂;
• с концентрированной серной кислотой реагирует при высокой температуре:
  2Al + 6H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O;
• со щелочами реагирует с выделением водорода и образованием комплексных солей — реакция идет в несколько этапов: при погружении алюминия в раствор щелочи происходит растворение прочной защитной оксидной пленки, которая находится на поверхности металла; после растворения пленки, алюминий, как активиный металл, реагирует с водой с образованием гидроксида алюминия, который взаимодействует со щелочью, как амфотерный гидроксид:
  • Al₂O₃+2NaOH = 2NaAlO₂+H₂O — растворение оксидной пленки;
  • 2Al+6H₂O = 2Al(OH)₃+3H₂↑ — взаимодействие алюминия с водой с образованием гидроксида алюминия;
  • NaOH+Al(OH)₃ = NaAlO₂+2H₂O — взаимодействие гидроксида алюминия со щелочью
  • 2Al+2NaOH+2H₂O = 2NaAlO₂+3H₂↑ — суммарное уравнение реакции алюминия со щелочью.

Соединения алюминия

Al₂O₃ (глинозем)

Оксид алюминия Al₂O₃ является белым, очень тугоплавким и твердым веществом (в природе тверже только алмаз, карборунд и боразон).

Свойства глинозема:

• не растворяется в воде и вступает с ней в реакцию;
• является амфотерным веществом, реагируя с кислотами и щелочами:
  Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O;
  Al₂O₃ + 6NaOH + 3H₂O = 2Na₃[Al(OH)₆];
• как амфотерный оксид реагирует при сплавлении с оксидами металлов и солями, образуя алюминаты:
  Al₂O₃ + K₂O = 2KAlO₂.

В промышленности глинозем получают из бокситов. В лабораторных условиях глинозем можно получить сжигая алюминий в кислороде:
4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃.

Применение глинозема:

• для получения алюминия и электротехнической керамики;
• в качестве абразивного и огнеупорного материала;
• в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Al(OH)₃

Гидроксид алюминия Al(OH)₃ является белым твердым кристаллическим веществом, которое получается в результате обменной реакции из раствора гидроксида алюминия — выпадает в виде белого студенистого осадка, кристаллизующегося со временем. Это амфотерное соединение почти не растворимое в воде:
Al(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆];
Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O.

Гидроксид алюминия получают путем действия щелочей на растворы солей алюминия:
AlCl₃ + 3NaOH = Al(OH)₃ + 3NaCl.

Получение и применение алюминия

Алюминий достаточно трудно выделить из природных соединений химическим способом, что объясняется высокой прочностью связей в оксиде алюминия, поэтому, для промышленного получения алюминия применяют электролиз раствора глинозема Al₂O₃ в расплавленном криолите Na₃AlF₆. В результате процесса алюминий выделяется на катоде, на аноде — кислород:

Исходным сырьем служат бокситы. Электролиз протекает при температуре 1000°C: температура плавления оксида алюминия составляет 2500°C — проводить электролиз при такой температуре не представляется возможным, поэтому оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите, и уже затем полученный электролит используют при электролизе для получения алюминия.

Применение алюминия:

• алюминиевые сплавы широко применяются в качестве конструкционных материалов в автомобиле-, самолето-, судостроении: дюралюминий, силумин, алюминиевая бронза;
• в химической промышленности в качестве восстановителя;
• в пищевой промышленности для изготовления фольги, посуды, упаковочного материала;
• для изготовления проводов и проч.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

Источник