Все способы получения сульфата алюминия

Алюминий. Химия алюминия и его соединений

Бинарные соединения алюминия

Алюминий

Положение в периодической системе химических элементов

Алюминий расположен в главной подгруппе III группы (или в 13 группе в современной форме ПСХЭ) и в третьем периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение алюминия и свойства

Электронная конфигурация алюминия в основном состоянии :

+13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 1s 2s 2p 3s 3p

Электронная конфигурация алюминия в возбужденном состоянии :

+13Al * 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3p 2 1s 2s 2p 3s 3p

Алюминий проявляет парамагнитные свойства. Алюминий на воздухе быстро образует прочные оксидные плёнки, защищающие поверхность от дальнейшего взаимодействия, поэтому устойчив к коррозии.

Физические свойства

Алюминий – лёгкий металл серебристо-белого цвета, легко поддающийся формовке, литью, механической обработке. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Температура плавления 660 о С, температура кипения 1450 о С, плотность алюминия 2,7 г/см 3 .

Алюминий — один из наиболее ценных цветных металлов для вторичной переработки. На протяжении последних лет, цена на лом алюминия в пунктах приема непреклонно растет. По ссылке можно узнать о том, как сдать лом алюминия.

Нахождение в природе

Алюминий — самый распространенный металл в природе, и 3-й по распространенности среди всех элементов (после кислорода и кремния). Содержание в земной коре — около 8%.

В природе алюминий встречается в виде соединений:

Корунд Al₂O₃. Красный корунд называют рубином, синий корунд называют сапфиром.

Способы получения

Алюминий образует прочную химическую связь с кислородом. Поэтому традиционные способы получения алюминия восстановлением из оксида протекают требуют больших затрат энергии. Для промышленного получения алюминия используют процесс Холла-Эру. Для понижения температуры плавления оксид алюминия растворяют в расплавленном криолите (при температуре 960-970 о С) Na₃AlF₆, а затем подвергают электролизу с углеродными электродами. При растворении в расплаве криолита оксид алюминия распадается на ионы:

На катоде происходит восстановление ионов алюминия:

Катод: Al 3+ +3e → Al 0

На аноде происходит окисление алюминат-ионов:

Суммарное уравнение электролиза расплава оксида алюминия:

Лабораторный способ получения алюминия заключается в восстановлении алюминия из безводного хлорида алюминия металлическим калием:

AlCl₃ + 3K → Al + 3KCl

Качественные реакции

Качественная реакция на ионы алюминия — взаимодействие избытка солей алюминия с щелочами . При этом образуется белый аморфный осадок гидроксида алюминия.

Например , хлорид алюминия взаимодействует с гидроксидом натрия:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид алюминия растворяется с образованием тетрагидроксоалюмината:

Обратите внимание , если мы поместим соль алюминия в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида алюминия не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения алюминия сразу переходят в комплекс:

AlCl₃ + 4NaOH = Na[Al(OH)₄] + 3NaCl

Соли алюминия можно обнаружить с помощью водного раствора аммиака. При взаимодействии растворимых солей алюминия с водным раствором аммиака также в ыпадает полупрозрачный студенистый осадок гидроксида алюминия.

AlCl₃ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄Cl

Al 3+ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃ ↓ + 3NH₄ +

Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида алюминия с раствором аммиака можно посмотреть здесь.

Химические свойства

1. Алюминий – сильный восстановитель . Поэтому он реагирует со многими неметаллами .

1.1. Алюминий реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

1.2. Алюминий реагирует с серой с образованием сульфидов:

1.3. Алюминий реагируют с фосфором . При этом образуются бинарные соединения — фосфиды:

Al + P → AlP

1.4. С азотом алюминий реагирует при нагревании до 1000 о С с образованием нитрида:

2Al + N₂ → 2AlN

1.5. Алюминий реагирует с углеродом с образованием карбида алюминия:

1.6. Алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

Видеоопыт взаимодействия алюминия с кислородом воздуха (горение алюминия на воздухе) можно посмотреть здесь.

2. Алюминий взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Реагирует ли алюминий с водой? Ответ на этот вопрос вы без труда найдете, если покопаетесь немного в своей памяти. Наверняка хотя бы раз в жизни вы встречались с алюминиевыми кастрюлями или алюминиевыми столовыми приборами. Такой вопрос я любил задавать студентам на экзаменах. Что самое удивительное, ответы я получал разные — у кого-то алюминий таки реагировал с водой. И очень, очень многие сдавались после вопроса: «Может быть, алюминий реагирует с водой при нагревании?» При нагревании алюминий реагировал с водой уже у половины респондентов))

Тем не менее, несложно понять, что алюминий все-таки с водой в обычных условиях (да и при нагревании) не взаимодействует. И мы уже упоминали, почему: из-за образования оксидной пленки . А вот если алюминий очистить от оксидной пленки (например, амальгамировать), то он будет взаимодействовать с водой очень активно с образованием гидроксида алюминия и водорода:

2Al 0 + 6 H₂ + O → 2 Al +3 ( OH)₃ + 3 H₂ 0

Амальгаму алюминия можно получить, выдержав кусочки алюминия в растворе хлорида ртути ( II ):

3HgCl₂ + 2Al → 2AlCl₃ + 3Hg

Видеоопыт взаимодействия амальгамы алюминия с водой можно посмотреть здесь.

2.2. Алюминий взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль и водород.

Например , алюминий бурно реагирует с соляной кислотой :

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

2.3. При обычных условиях алюминий не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат алюминия и вода:

2.4. Алюминий не реагирует с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации.

С разбавленной азотной кислотой алюминий реагирует с образованием молекулярного азота:

При взаимодействии алюминия в виде порошка с очень разбавленной азотной кислотой может образоваться нитрат аммония:

2.5. Алюминий – амфотерный металл, поэтому он взаимодействует с щелочами . При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:

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

Видеоопыт взаимодействия алюминия со щелочью и водой можно посмотреть здесь.

Алюминий реагирует с расплавом щелочи с образованием алюмината и водорода:

2Al + 6NaOH → 2Na₃AlO₃ + 3H₂ ↑

Эту же реакцию можно записать в другом виде (в ЕГЭ рекомендую записывать реакцию именно в таком виде):

2Al + 6NaOH → 2NaAlO₂ + 3H₂↑ + 2Na₂O

2.6. Алюминий восстанавливает менее активные металлы из оксидов . Процесс восстановления металлов из оксидов называется алюмотермия .

Например , алюминий вытесняет медь из оксида меди (II). Реакция очень экзотермическая:

2Al + 3CuO → 3Cu + Al₂O₃

Еще пример : алюминий восстанавливает железо из железной окалины, оксида железа (II, III):

Восстановительные свойства алюминия также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: пероксидом натрия, нитратами и нитритами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):

Источник

Все способы получения сульфата алюминия

Сульфат алюминия

Характеристики и физические свойства сульфата алюминия

Он хорошо растворяется в воде (гидролизуется). Сульфат алюминия разлагается в кипящей воде.

Рис. 1. Сульфат алюминия. Внешний вид.

Основные характеристики сульфата алюминия приведены в таблице ниже:

Температура плавления, o С

Получение сульфата алюминия

Основной способ получения сульфата алюминия – реакция нейтрализации между гидроксидом алюминия и серной кислотой:

Сульфат алюминия также можно получить по реакции замещения, протекающей между алюминием и серной кислотой:

Химические свойства сульфата алюминия

Сульфат алюминия – это средняя соль, образованная сильной кислотой – серной (H₂SO₄) и слабым основанием – гидроксидом алюминия (Al(OH)₃). В водном растворе гидролизуется. Гидролиз протекает по катиону (теоретически возможны вторая и третья ступень). Наличие катионов Н + свидетельствует о кислом характере среды.

2Al 3+ + 3SO₄ 2- + HOH ↔ 2AlOH 2+ + 3SO₄ 2- + H + ;

При нагревании сульфата алюминия до температуры 770 – 860 o С он разлагается:

Сульфат алюминия не реагирует с кислотами. Он полностьюразлагается щелочами в растворе и при спекании, а также реагирует с гидратом аммиака:

Сульфат алюминия вступает в реакции обмена:

Применение сульфата алюминия

Сульфат алюминия используется в пищевой промышленности в качество добавки Е520 (коагулянт, отвердитель). Кроме этого его применяют для очистки сточных и питьевых вод (опять же выступает в качестве коагулянта), а также в бумажной и текстильной промышленности, кожевенном деле.

Примеры решения задач

Задание

Вычислите количество теплоты, выделяющейся при образовании сульфата алюминия из оксида алюминия массой 47,5 г и оксида серы (VI). Термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид:

Решение Запишем еще раз термохимическое уравнение реакции:

Согласно уравнению реакции, в неё вступили 1 моль оксида алюминия и 3 моль оксида серы (VI). Рассчитаем массу оксида алюминия по уравнению, т.е. теоретическую массу (молярная масса – 102 г/моль):

Тогда, количество теплоты, выделяющейся в ходе реакции взаимодействия междуоксидом алюминия и оксидом серы (VI)равно:

Q_prac = 579,7 × 47,5/ 102 = 269,96 кДж.

Ответ Количество теплоты равно 269,96 кДж.

Задание	Какой объем кислорода выделится в ходе реакции термического разложения сульфата алюминия массой 50 г?
Решение	При нагревании сульфата алюминия до температуры 770 – 860 o С он разлагается согласно уравнению:

Рассчитаем количество вещества сульфата алюминия (молярная масса – 342 г/моль):

Согласно уравнению реакции n(Al₂(SO₄)₃) :n(Na₂CO₃) = 2:3 . Тогда количество моль кислорода будет равно:

Применение сернокислого алюминия.

Сернокислый алюминий — это сложное неорганическое вещество, соль белого цвета с серым или голубым оттенком. Вещество может иметь розовый оттенок.

Соль Al₂(SO₄)₃ очень гигроскопична. Отличается быстрой растворимостью в воде. Вещество плавится при температуре +700 °C, плотность его равняется 1,62–2,67 г/см³.

Сернокислый алюминий — это самый распространенный коагулянт, применяемый для очистки воды от коллоидных частиц (наиболее мелких размеров). Это свойство сульфата алюминия связано с легкостью его получения и невысокой стоимостью.

Способы получения сульфата алюминия.

Соль выпускают 3 сортов. Продукт высшего сорта востребован в пищевой и фармацевтической промышленности, а соль 1 и 2 сорта подходит для технических целей. Сернокислый алюминий получают несколькими способами:
металлическая мебель https://www.safe24.ru/

1. Соль высшего сорта получают в результате реакции замещения между гидроксидом алюминия и серной кислотой высокой концентрации. В результате этого процесса алюминий, отличающийся большей активностью, занимает место водорода в составе кислоты. По окончании реакции получают 1 молекулу соли сульфата алюминия и 6 молекул воды. Полученный коагулянт имеет высокий процент чистоты с минимальной долей примесей.
2. Получить соль технического качества можно в результате обработки серной кислотой бокситов или глиноземов. Этот метод также основан на реакции по замене молекул водорода алюминием. В результате метода получают соль 1–2 сорта. Высвобожденный водород поднимается в атмосферу. Этот метод является промежуточным процессом для получения чистого алюминия из бокситов.
3. Еще один способ — это получить коагулянт из оксида, обработанного серной кислотой.

Получить соль алюминия в домашних условиях можно, используя серную кислоту и кусочек алюминиевой фольги. При проведении реакции следует быть очень осторожным и соблюдать правила безопасности по работе с кислотами. Проводить реакцию нужно в хорошо проветриваемом помещении. Серная кислота разной концентрации продается в хозяйственных магазинах.

Для получения кристаллов коагулянта ее нужно развести до 10% концентрации дистиллированной водой. Фольга растворяется в течение 7 дней. Полученный раствор фильтруют через бумажный фильтр. Остаток воды испаряется на открытом воздухе. Ускорить процесс можно выпариванием на электроплитке, перелив раствор в термостойкий стакан.

Очень важное замечание: при разведении серной кислоты и других кислот следует кислоту лить в воду, а не наоборот. Фольгу замачивают в растворе кислоты, накрывают салфеткой и оставляют для прохождения химической реакции.

Соль высшего качества имеет сыпучую консистенцию, производится в виде образований размером до 20 мм. Соль для технических целей выпускают крупными кристаллами-пластинами или большими кусками весом до 10 кг.

Попадание сернокислого алюминия в организм человека может нанести ему непоправимый ущерб. Вещество может привести к ожогу носоглотки. Попадание на кожу или в глаза вызывает покраснение, зуд, боль, ожог. Попадание в желудочно-кишечный тракт может вызывать болевые приступы в желудке, рвоту и диарею.

Первая помощь при отравлении химикатом:

• промыть глаза и открытые участки кожи;
• организовать доступ свежего воздуха или вывести пострадавшего на улицу;
• напоить пострадавшего молоком и вызвать рвоту;
• обратиться в медицинское учреждение.

Применение сульфата алюминия в очистке водопроводной воды.

Полученное из глиноземов или бокситов вещество применяют как сильный коагулянт для очистки воды от коллоидных частиц. Данные частицы обладают отрицательным электрическим зарядом. К коллоидным частицам присоединяются ионы из окружающего их раствора с положительным зарядом. Это создает на их поверхности двойной электрический слой. В результате коллоидные частицы начинают отталкиваться друг от друга. У них небольшой удельный вес, и они находятся во взвешенном состоянии.

Коагулянт (в данном случае — это сульфат алюминия) несет на себе положительный ион. Он сжимает двойной электрический слой и нейтрализует его. Частицы получают дестабилизированный вид. Они окружают коагулянт при установлении контакта с ним. Если смесь в этот момент быстро перемешать, то химическое вещество получит однородную дисперсию. Это позволит увеличить максимальный контакт между частицами.

Если перемешивать смесь несколько минут, то примеси коагулируют в более крупные хлопья. Крупные частицы, увеличиваясь в размерах и приобретая больший вес, начинают осаждаться под действием силы тяжести.

Очищенная вода теоретически должна быть чистой, без любых примесей. Но на практике коагулянт содержится в очищенной воде. Чем жестче вода, тем выше его концентрация. Это связано с тем, что в жесткой воде есть большое содержание гидроксида кальция и карбоната натрия, вступающих в реакцию с сульфатом алюминия и осаждающих алюминий в виде нерастворимого студенистого осадка гидроксида алюминия. Для измерения концентрации коагулирующего вещества в воде применяют концентратомеры, или солемеры. Хотя на самом деле концентратомерами называют приборы, определяющие концентрацию кислот и щелочей. Солемеры устанавливают для определения концентрации растворов солей.

Применение в пищевой и фармацевтической промышленности.

Сульфат алюминия известен как алюминиевые квасцы, или добавка E 520.

В пищевом производстве E 520 относится к стабилизаторам. Его получают из природных руд: боксита, алунита, глиноземов. Они подвергаются реакции с серной кислотой высокой концентрации при температурах +100…+250 °C. По окончании процесса получают соль с высоким коэффициентом чистоты.

• порошок или пластинки белого цвета с серым, розовым или голубоватым оттенком;
• без запаха;
• отличается хорошей растворимостью в воде, плохо взаимодействует со спиртом;
• концентрация — не меньше 99,5%.
• вкус добавки — сладковатый и терпкий
• очень гигроскопичное вещество, выветривается на воздухе.

Добавка E 520 отпускается в таре с дополнительными вставками, защищающими содержимое от влаги.

Сульфат алюминия применяют в рыбоперерабатывающей отрасли для сохранения товарного вида рыбы и предупреждения распада волокон. Стабилизатор используется при консервировании плодов и овощей. Добавка используется в кондитерской промышленности в производстве засахаренных и глазированных в сахаре фруктов.

Но основное применение добавки E 520 – для очистки питьевых и сточных вод. Вещество взаимодействует с примесями, которые выпадают в осадок. Он оседает на дно емкостей или водоемов. Вода пропускается поточным методом через систему специальных фильтров, где очищается и осветляется, после чего становится пригодной для питья и применения в производстве.

Другие области применения.

Сульфат алюминия также используется:

• в косметической промышленности, входит в составы декоративной косметики;
• при производстве бытовой химии — в составе антиперспирантов;
• как компонент обезболивающих средств от укусов насекомых;
• в сельском хозяйстве для обработки почв – входит в состав ядов и удобрений для борьбы с вредителями;
• в текстильном производстве входит в состав красителей;
• является компонентом нерастворимых пигментов в печатном деле.

Вещество применяется как гидроизолятор в бетонных конструкциях. Сульфат алюминия используется в производстве огнетушителей.

Им обрабатывают шерстяные ткани для удерживания красящих пигментов. Процесс называется протрава шерстяных волокон. В водном растворе образуется дисперсная гидроокись алюминия, которая поглощается и хорошо удерживается волокнами шерсти. Протравленные волокна приобретают способность поглощать красители за счет адсорбированной ими гидроокиси алюминия.

Сульфат алюминия, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Сульфат алюминия, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Сульфат алюминия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Al₂(SO₄)₃.

Краткая характеристика сульфата алюминия:

Сульфат алюминия – неорганическое вещество белого цвета.

Химическая формула сульфата алюминия Al₂(SO₄)₃.

Сульфат алюминия – неорганическое химическое соединение, соль серной кислоты и алюминия .

Хорошо растворяется в воде, этиленгликоле. Плохо растворим в этаноле.

С водой сульфат алюминия образует кристаллогидраты с различным содержанием воды Al₂(SO₄)₃·nH₂O, где n может быть вплоть до 18. Наиболее распространенными являются гексадекагидрат Al₂(SO₄)₃·16H₂O и октадекагидрат Al₂(SO₄)₃·18H₂O.

Устойчив при обычной температуре.

Сульфат алюминия пожаро- и взрывобезопасен. По степени воздействия на организм продукт относится к веществам 3-го класса опасности в соответствии с ГОСТ 12.1.005.

В земной коре сульфат алюминия находится как в свободном чистом состоянии, в форме кристаллогидратов, а также в составе двойных солей.

Сульфат алюминия в чистом состоянии распространён в природе в виде минерала миллозевичита. В форме кристаллогидратов сульфат алюминия встречается в природе в виде минерала алуногена Al₂(SO₄)₃·17H₂O.

Двойные соли сульфат алюминия образует с сульфатами ряда металлов, к которым, к примеру, относится и природный минерал алунит K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·Al(OH)₃.

В пищевой промышленности сульфат алюминия используется в виде добавки Е520.

Физические свойства сульфата алюминия:

Наименование параметра:	Значение:
Химическая формула	Al2(SO4)3
Синонимы и названия иностранном языке	aluminium sulphate (aluminum sulfate (англ.)

алюминий сернокислый (рус.) Тип вещества неорганическое Внешний вид бесцветные гексагональные кристаллы Цвет белый, бесцветный Вкус сладковато-терпкий Запах без запаха Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) твердое вещество Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м 3 2710 Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 3 2,710 Температура разложения, °C 770 Температура плавления, °C 770 Молярная масса, г/моль 342,15 Гигроскопичность гигроскопичен Растворимость в воде (25 o С), г/100 г 38,5

Получение сульфата алюминия:

В промышленности сульфат алюминия получается взаимодействием гидроксида алюминия с серной кислотой.

В лаборатории сульфат алюминия получают в результате следующих химических реакций:

1. 1. взаимодействия сульфата меди и алюминия :

1. 2. взаимодействия оксида алюминия и гидросульфата калия:

Химические свойства сульфата алюминия. Химические реакции сульфата алюминия:

Химические свойства сульфата алюминия аналогичны свойствам сульфатов других металлов . Однако, сульфат алюминия не реагирует с кислотами. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида натрия :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат натрия.

2. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида калия :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат калия.

3. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидроксида лития :

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и сульфат лития.

4. реакция взаимодействия сульфата алюминия и нитрата бария:

В результате реакции образуются сульфат бария и нитрат алюминия .

5. реакция взаимодействия сульфата алюминия и нитрата свинца:

В результате реакции образуются сульфат свинца и нитрат алюминия.

6. реакция взаимодействия сульфата алюминия и фосфата натрия :

В результате реакции образуются фосфат алюминия и сульфат натрия.

7. реакция взаимодействия сульфата алюминия и фосфата калия :

В результате реакции образуются фосфат алюминия и сульфат калия.

8. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидрокарбоната натрия:

Al₂(SO₄)₃ + 6NaHCO₃ → 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃ + 6CO₂.

В результате реакции образуются сульфат натрия, гидроксид алюминия и оксид углерода (IV).

9. реакция взаимодействия сульфата алюминия и гидрокарбоната кальция:

В результате реакции образуются сульфат кальция, гидроксид алюминия и оксид углерода (IV). Данная реакция используется для очистки воды. Гидроксид алюминия выпадает в осадок и его хлопья увлекают за собой различные примеси.

10. реакция взаимодействия сульфата алюминия и карбоната натрия и воды:

В результате реакции образуются сульфат натрия , гидроксид алюминия и оксид углерода (IV).

11. реакция термического разложения сульфата алюминия:

В результате реакции образуются оксид алюминия, оксид серы (IV) и кислород .

12. реакция термического разложения октадекагидрата сульфата алюминия:

Октодекагидрат сульфата алюминия разлагается на сульфат алюминия и воду.

Применение и использование сульфата алюминия:

Сульфат алюминия используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:

– как коагулянт для очистки воды хозяйственно-питьевого и промышленного назначения;

– в фотографии входит в составы стабилизирующих растворов и дубящих фиксажей;

– в качестве морилки при крашении и печати текстильных изделий;

– в бумажной, текстильной, кожевенной и других отраслях промышленности.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

сульфат алюминия реагирует кислота 1 2 3 4 5 вода
уравнение реакций соединения масса взаимодействие сульфата алюминия
реакции

Источник