Алюминий — активный металл, при сплавлении с углеродом дает карбид (метанид):
4Al + 3C = Al4C3.
б) Вследствие достаточно высокой реакционной алюминий на воздухе покры-
вается тончайшей оксидной пленкой, которая предохраняет металл от воздействия агрессивной
среды. Это явление называется пассивацией. Концентрированные растворы серной (и азотной) ки-
слоты также пассивируют алюминий. Оксидную пленку можно снять нагреванием, после чего
алюминий будет взаимодействовать с кислотой:
2Al + 6H2SO4 ⎯⎯→t Al2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.
в) Алюминий реагирует с растворами не только кислот, но и щелочей:
2Al + 2KOH + 6H2O = 2K[Al(OH)4] + 3H2↑.
В комплексных соединениях для алюминия характерны координационные числа 4 и 6. Не
будет ошибкой, если формула продукта растворения алюминия в щелочи будет записана как
К[Al(OH)4(H2O)2] или К3[Al(OH)6].
г) Так как алюминий активный металл, то восстановление нитрат-иона из разбавленной
азотной кислоты проходит до аммиака, при достаточном количестве азотной кислоты — до солей
аммония (с очень разбавленной — менее 5 % — азотной кислотой алюминий не реагирует):
8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O.
Задача 2. Напишите уравнения реакций, с которых можно разделить следующие
смеси с выделением их компонентов в индивидуальном виде:
а) серебро и золото (МГУ, Факультет Фундаментальной Медицины, 1999);
б) железо и медь (МГУ, факультет почвоведения, 1999).
Решение
а) Для разделения смеси серебра и золота нужно воспользоваться таким реагентом, кото-
рый переведет в раствор только один металл. Для растворения золота необходим очень сильный
окислитель (например, «царская водка») или реагент, связывающий ионы золота в прочный комплексный ион (например, кислород в растворах цианидов щелочных металлов). Проще перевести
в раствор серебро, которое в отличие от золота окисляется концентрированной азотной кислотой:
Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2↑ + H2O.
Из полученного раствора серебро можно осадить на пластинку из более активного металла,
например меди:
2AgNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2Ag↓.
Возможен другой путь: раствор выпарить, а остаток прокалить:
2AgNO3 = 2Ag + 2NO2↑ + O2↑.
б) В электрохимическом ряду напряжений металлов медь находится после водорода, по-
этому она не реагирует с разбавленной соляной кислотой1
.
Подействуем на смесь металлов разбавленной соляной кислотой, медь останется без изме-
нения, а железо растворится:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑.
Обратите внимание, в соляной кислоте (а также в других галогеноводородных кислотах)
железо не окисляется до степени окисления +3, так как протон не достаточно сильный окислитель.
Из полученного раствора железо можно выделить осаждением на более активном металле:
Zn + FeCl2 = ZnCl2 + Fe↓.
Другой вариант разделения исходной смеси базируется на пассивации железа концентри-
рованными растворами серной или азотной кислот.
Задача 3. Как из смеси цинка и алюминия приготовить чистые оксиды Al2O3 и ZnO? Запи-
шите уравнения соответствующих реакций. (МГУ, факультет почвоведения, 1997.)
Решение
Цинк и алюминий — активные металлы, но алюминий в отличие от цинка пассивируется
холодными сильно концентрированными (практически безводными) растворами серной и азотной
кислот. Рассмотрим вариант решения задачи, основанный на этом факте.
Цинк реагирует с концентрированной азотной кислотой:
Zn + 4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O.
Выпарим воду из раствора и прокалим нитрат цинка:
2Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2↑ + O2↑.
Таким образом можно получить чистый оксид цинка.
Алюминий, не прореагировавший с азотной кислотой, прокалим на воздухе. В результате
также образуется чистое вещество:
1 В концентрированной соляной кислоте в присутствии кислорода воздуха возможен сле-
дующий процесс: 2Cu + 8HCl + O2 = 2H2[CuCl4] + 2H2O.Задача 4. Имеется смесь алюминия, кальция и серебра. Как химическим путем выделить
каждый из металлов в индивидуальном виде? (МГУ, факультет почвоведения, 1994.)
Решение
Кальций — щелочноземельный металл, он реагирует с водой:
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑.
Отделяем алюминий и серебро, которые не растворяются в воде. К фильтрату добавляем
соляную кислоту:
Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O.
Раствор выпариваем, расплав хлорида кальция подвергаем электролизу:
CaCl2 = Ca + Cl2↑.
На смесь серебра и алюминия действуем концентрированной азотной кислотой. Алюминий
пассивируется, а серебро растворяется:
Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2↑ + H2O.
Из полученного раствора серебро можно выделить осаждением на пластинке из более ак-
тивного металла, например, меди:
2AgNO3 + Cu = Cu(NO3)2 + 2Ag↓
Задача 5. При действии на сплав железа с медью избытка соляной кислоты выделилось 224
мл (н. у.) газа. Вычислите массу сплава, если известно, что железа в нем содержалось 20 % по
массе. (Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. Современный курс для посту-
пающих в вузы. Т.1, 2. М.: 1 Федеративная Книготорговая Компания, 1998.))
Решение
С соляной кислотой взаимодействует только железо:
Составить уравнения реакций, с которых можно осуществить превращения:
1. Магний → оксид магния → гидроксид магния →сульфат магния
2Mg+O₂=2MgO
MgO+H₂O=Mg(OH)₂↓(при нагревании)
Mg(OH)₂+H₂SO₄=MgSO₄+2H₂O
2. Сульфат железа (III) → гидроксид железа (III) → оксид железа (III) → сульфат железа (III)
Fe₂(SO₄)₃+6NaOH=2Fe(OH)₃↓+3Na₂SO₄
2Fe(OH)₃+t°C=Fe₂O₃+3H₂O
Fe₂O₃+3H₂SO₄=Fe₂(SO₄)₃+3H₂O
3. Фосфор → оксид фосфора (V) →фосфорная кислота → фосфат кальция → дигидрофосфат кальция
4P+5O₂=2P₂O₅
P₂O₅+3H₂O=2H₃PO₄
2H₃PO₄+3CaO=Ca₃(PO₄)₂↓+3H₂O
Ca₃(PO₄)₂ + 2H₂SO₄ = Ca(H₂PO₄)₂ + 2CaSO₄
4. Сульфат алюминия → гидроксид алюминия → оксид алюминия → хлорид алюминия → гидроксид алюминия → хлорид алюминия→основной хлорид алюминия
AI₂(SO₄)₃+6NaOH=2AI(OH)₃↓+3Na₂SO₄
2AI(OH)₃+t°C=AI₂O₃+3H₂O
AI₂O₃+6HCI=2AICI₃+3H₂O
AICI₃+3NaOH=AI(OH)₃↓+3NaCI
AI(OH)₃+3HCI=AICI₃+3H₂O
AICI₃+H-OH⇄AI(OH)CI₂+HCI
