Урок 17. Алюминий. Железо
Алюминий – элемент IIIA-группы (p -элемент), имеет в основном состоянии на внешнем слое три электрона. При переходе в возбужденное состояние происходит перемещение одного электрона с 3s-подуровня на 3p-подуровень, поэтому у атома алюминия в возбужденном состоянии есть 3 неспаренных электрона, которые отражают валентные возможности алюминия. Этот элемент во всех соединениях проявляет постоянную валентность III.
Алюминий является металлом, который в реакциях отдает три электрона и превращается в положительно заряженный ион Al3+. Алюминий является сильным восстановителем, поскольку в электрохимическом ряду напряжений металлов он стоит в левой части, где располагаются активные металлы, и ДО водорода. Алюминий реагирует как с простыми, так и со сложными веществами.
1. Взаимодействие с простыми веществами
- реакция с кислородом: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 (реакция протекает при t°комн, на поверхности металла образуется прочная оксидная пленка, которая защищает металл от дальнейшего окисления)
- реакция с галогенами: 2Al + 3Br2 = 2AlBr3 (бромид алюминия)
- реакция с серой: 2Al + 3S = Al2S3 (t°) (сульфид алюминия)
- реакция с азотом: 2Al + N2 = 2AlN (высокая t°) (нитрид алюминия)
- реакция с углеродом: 4Al + 3C = Al4C3 (высокая t°) (карбид алюминия)
2. Взаимодействие со сложными веществами
- реакция с водой: 2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2 (предварительно удалить оксидную пленку с поверхности металла, только тогда пойдет реакция)
- реакция с оксидами металлов с получением оксида алюминия и свободного металла (алюмотермия): 2Al + 3ZnO = 3Zn + Al2O3 (высокая t°)
2Al + Fe2O3 = 2Fe + Al2O3 (высокая t°)
- реакция с разбавленными кислотами (H2SO4, HCl): 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H 2
- реакция с H 2 SO 4(конц) при нагревании: 2Al + 6H2SO4(конц) = Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (t°) (на холоду реакция не идет, так как происходит пассивация металла)
- реакция с HNO3: Al + 4HNO3(р-р) = Al(NO3)3 + NO + 2H2O
Al + 6HNO3(конц) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (t°) (на холоду не реагирует, так как происходит пассивация металла)
- реакция с растворами щелочей: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
Оксид алюминия (Al2O3) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет амфотерные свойства.
- реакция с кислотами: Al2O3 + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2O
- реакция со щелочами: Al2O3 + 2KOH + 3H2O = 2K[Al(OH)4]
Al2O3 + 2KOH(тв) = KAlO2 (метаалюминат калия)+ H2O (t°)
- реакция с кислотными оксидами: Al2O3+ N2O5 = 2Al(NO3)3 (t°)
- реакция с основными оксидами: Al2O3+ K2O = 2KAlO2 (t°)
Гидроксид алюминия (Al(OH)3) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет амфотерные свойства.
- реакция с кислотами: Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O
- реакция со щелочами: Al(OH)3 + KOH(тв) = KAlO2 + 2H2O (t°)
Al(OH)3 + NaOH(р-р) = Na[Al(OH)4]
- реакция разложения: 2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O (t°)
Железо – элемент VIIIB-группы (d -элемент), имеет на последнем уровне два электрона, а на предпоследнем – 14 электронов, в том числе шесть электронов на d-подуровне. В химических реакциях может отдавать валентные электроны и проявлять степени окисления +2, +3, +6. Является вторым по распространенности металлом в земной коре (после алюминия), в чистом виде встречается только в метеоритах. Железо входит в состав многих минералов, важнейшими рудами являются: Fe3O4 (FeO ∙ Fe2O3) – магнитный железняк (железная окалина) цвет - черный, Fe2O3 – красный железняк, Fe2O3 ∙ H2O – бурый железняк, FeS2 – железный колчедан (пирит).
Железо – восстановитель, в электрохимическом ряду напряжений металлов находится в середине, поэтому является металлом средней активности. Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных и щелочноземельных металлов и алюминия.
1. Взаимодействие с простыми веществами (все реакции – при нагревании)
- реакция с кислородом: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO ∙ Fe2O3) (t°)
- реакция во влажном воздухе: Fe + O2 + H2O = Fe(OH)3 (коррозия железа)
Fe(OH)3 = FeO(OH) (ржавчина) + H2O
- реакция с галогенами: 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 (t°) (хлорид железа (III))
- реакция с серой: Fe + S = FeS (t°) (сульфид железа (II))
- реакция с углеродом: 3Fe + C = Fe3C (карбид железа, цементит)
- реакция с фосфором: 3Fe + 2P = Fe3P2 (фосфид железа)
2. Взаимодействие со сложными веществами
- реакция с водой: 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 (высокая t°)
- реакция с разбавленными кислотами (H2SO4, HCl): Fe + H2SO4 = FeSO4 + H 2
- реакция с H 2 SO 4(конц) при нагревании: 2Fe + 6H2SO4(конц) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (t°) (на холоду реакция не идет, так как происходит пассивация металла)
- реакция с HNO 3: Fe + 4HNO3(р-р) = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O (с HNO3(конц) на холоду не реагирует, так как происходит пассивация металла, при нагревании:
Fe + 6HNO3(конц) = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (t°))
- реакция с растворами солей, стоящими в ряду напряжений правее железа:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
Оксид железа (II) (FeO) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет основные свойства.
- реакция с растворами кислот с образованием солей Fe (II): FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O
Гидроксид железа (II) (Fe(OH)2) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет свойства основания.
- реакция с растворами кислот: Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O
- разложение при нагревании: Fe(OH)2 = FeO + H2O (t°)
Соединения со степенью окисления железа +2 проявляют восстановительные свойства, поскольку Fe2+ легко окисляется до Fe3+.
- 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
+2 +7 +3 +2
- 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
1ē ∙ 2 / 5 5ē / 2
(ок-ль, в-ие) (в-ль, ок-ие)
(сульфат железа (II) восстанавливает перманганат калия в кислой среде)
Оксид железа (III) (Fe2O3) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет амфотерные свойства (НО с преобладанием основных).
- реакция с кислотами: Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O
- реакция со щелочами: Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 (феррит натрия) + H2O (t°)
Гидроксид железа (III) (Fe(OH)3) – НЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ВОДЕ, проявляет амфотерные свойства (НО с преобладанием основных).
- реакция с кислотами: Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O
- реакция со щелочами: Fe(OH)3 + NaOH(конц) = Na[Fe(OH)4] (длительное нагревание)
Fe(OH)3 + 3NaOH(конц) = Na3[Fe(OH)6] (длительное нагревание)
- разложение при нагревании: 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O (t°)
Соединения со степенью окисления железа +3 проявляют окислительные свойства, поскольку Fe3+ под действием восстановителей превращается в Fe2+.
+3 -1 +2 0
- 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + 2KCl + I2
1ē / 2 1ē ∙ 2 / 1
(ок-ль, в-ие) (в-ль, ок-ие)