Алуминиев оксид азотна киселина. Химични реакции на алуминия. Взаимодействие на алуминия със сложни вещества

Алуминий - разрушаване на метала под въздействието на околната среда.

За реакцията Al 3+ + 3e → Al стандартният електроден потенциал на алуминия е -1,66 V.

Точката на топене на алуминия е 660 °C.

Плътността на алуминия е 2,6989 g / cm 3 (при нормални условия).

Алуминият, въпреки че е активен метал, има доста добри корозионни свойства. Това може да се обясни със способността да бъдете пасивирани в много агресивни среди.

Устойчивостта на алуминия от корозия зависи от много фактори: чистотата на метала, корозивната среда, концентрацията на агресивни примеси в околната среда, температурата и др. рН на разтворите оказва силно влияние. Алуминиевият оксид върху металната повърхност се образува само в диапазона на pH от 3 до 9!

Неговата чистота силно влияе върху устойчивостта на корозия на Al. За производството на химически агрегати, оборудване се използва само метал с висока чистота (без примеси), например алуминиеви класове AB1 и AB2.

Корозията на алуминия не се наблюдава само в онези среди, където върху металната повърхност се образува защитен оксиден филм.

При нагряване алуминият може да реагира с някои неметали:

2Al + N 2 → 2AlN - взаимодействие на алуминий и азот с образуването на алуминиев нитрид;

4Al + 3С → Al 4 С 3 - реакция на взаимодействие на алуминий с въглерод с образуването на алуминиев карбид;

2Al + 3S → Al 2 S 3 - взаимодействието на алуминий и сяра с образуването на алуминиев сулфид.

Корозия на алуминия във въздуха (атмосферна корозия на алуминия)

Алуминият, когато взаимодейства с въздуха, преминава в пасивно състояние. Когато чистият метал влезе в контакт с въздуха, върху алуминиевата повърхност незабавно се появява тънък защитен филм от алуминиев оксид. Освен това растежът на филма се забавя. Формулата на алуминиевия оксид е Al 2 O 3 или Al 2 O 3 H 2 O.

Реакция на взаимодействие на алуминия с кислород:

4Al + 3O 2 → 2Al 2 O 3 .

Дебелината на този оксиден филм е между 5 и 100 nm (в зависимост от работните условия). Алуминиевият оксид има добра адхезия към повърхността, удовлетворява условието за непрекъснатост на оксидните филми. Когато се съхранява в склад, дебелината на алуминиевия оксид върху металната повърхност е около 0,01 - 0,02 микрона. При взаимодействие със сух кислород - 0,02 - 0,04 микрона. При топлинна обработка на алуминия дебелината на оксидния филм може да достигне 0,1 µm.

Алуминият е доста устойчив както в чист селски въздух, така и в индустриална атмосфера (съдържаща серни пари, сероводород, газообразен амоняк, сух хлороводород и др.). Защото алуминиевата корозия в газообразни среди не се влияе от серни съединения - използва се за производството на заводи за преработка на кисело масло, устройства за вулканизация на каучук.

Корозия на алуминия във вода

Корозията на алуминия почти не се наблюдава при взаимодействие с чиста прясна, дестилирана вода. Повишаването на температурата до 180 °C няма особен ефект. Горещата водна пара също няма ефект върху алуминиевата корозия. Ако към вода се добави малко алкали, дори при стайна температура, скоростта на корозия на алуминия в такава среда леко ще се увеличи.

Взаимодействието на чист алуминий (непокрит с оксиден филм) с вода може да се опише с помощта на уравнението на реакцията:

2Al + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2.

При взаимодействие с морска вода, чистият алуминий започва да корозира, т.к. чувствителен към разтворени соли. За да се използва алуминий в морската вода, в състава му се въвежда малко количество магнезий и силиций. Устойчивостта на корозия на алуминия и неговите сплави, когато са изложени на морска вода, е значително намалена, ако медта е включена в състава на метала.

Корозия на алуминия в киселини

С увеличаване на чистотата на алуминия се увеличава неговата устойчивост на киселини.

Корозия на алуминия в сярна киселина

За алуминия и неговите сплави сярната киселина (тя има окислителни свойства) със средни концентрации е много опасна. Реакцията с разредена сярна киселина се описва с уравнението:

2Al + 3H 2 SO 4 (razb) → Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2.

Концентрираната студена сярна киселина няма ефект. И когато се нагрява, алуминият корозира:

2Al + 6H 2 SO 4 (конц) → Al 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Така се образува разтворима сол - алуминиев сулфат.

Al е стабилен в олеум (димяща сярна киселина) при температури до 200 °C. Поради това се използва за производството на хлорсулфонова киселина (HSO 3 Cl) и олеум.

Корозия на алуминия в солна киселина

В солна киселина алуминият или неговите сплави бързо се разтварят (особено с повишаване на температурата). Уравнение на корозия:

2Al + 6HCl → 2AlCl 3 + 3H 2 .

Разтворите на бромоводородна (HBr), флуороводородна (HF) киселини действат по подобен начин.

Корозия на алуминия в азотна киселина

Концентриран разтвор на азотна киселина има високи окислителни свойства. Алуминият в азотна киселина при нормална температура е изключително стабилен (по-висока устойчивост от неръждаема стомана 12X18H9). Използва се дори за производство на концентрирана азотна киселина чрез директен синтез.

При нагряване корозията на алуминия в азотна киселина протича според реакцията:

Al + 6HNO 3 (конц) → Al(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O.

Корозия на алуминия в оцетна киселина

Алуминият има достатъчно висока устойчивост на оцетна киселина от всякаква концентрация, но само ако температурата не надвишава 65 ° C. Използва се за производството на формалдехид и оцетна киселина. При по-високи температури алуминият се разтваря (с изключение на киселинни концентрации от 98 - 99,8%).

В бром, слаби разтвори на хромова (до 10%), фосфорна (до 1%) киселини при стайна температура, алуминият е стабилен.

Лимонената, маслената, ябълчната, винената, пропионовата киселини, виното, плодовите сокове имат слаб ефект върху алуминия и неговите сплави.

Оксалова, мравчена, органохлорна киселина разрушават метала.

Устойчивостта на корозия на алуминия е силно повлияна от пара и капчици течен живак. След кратък контакт металът и неговите сплави корозират интензивно, образувайки амалгами.

Корозия на алуминия в алкали

Алкалните основи лесно разтварят защитния оксиден филм върху повърхността на алуминия, той започва да реагира с вода, в резултат на което металът се разтваря с отделяне на водород (корозия на алуминия с водородна деполяризация).

2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2;

2(NaOH H2O) + 2Al → 2NaAlO2 + 3H2.

се образуват алуминати.

Също така оксидният филм се разрушава от соли на живачни, медни и хлоридни йони.

1) Силиций беше изгорен в атмосфера на хлор. Полученият хлорид се третира с вода. Така образуваната утайка се калцинира. След това беше разтопен с калциев фосфат и въглища. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

2) Газът, получен чрез третиране на калциев нитрид с вода, се пропуска върху горещ прах от меден(II) оксид. Получава се едновременно твърдоразтворен в концентрирана азотна киселина, разтворът се изпарява и полученият твърд остатък се калцинира. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

3) Известно количество железен (II) сулфид беше разделено на две части. Единият от тях е обработен със солна киселина, а другият е изстрелян на въздух. При взаимодействието на отделените газове се образува просто жълто вещество. Полученото вещество се нагрява с концентрирана азотна киселина и се отделя кафяв газ. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

4) Когато алуминиевият оксид реагира с азотна киселина, се образува сол. Солта се суши и калцинира. Твърдият остатък, образуван по време на калцинирането, се подлага на електролиза в разтопен криолит. Металът, получен чрез електролиза, се нагрява с концентриран разтвор, съдържащ калиев нитрат и калиев хидроксид, и се отделя газ с остра миризма. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

5) Хром(VI) оксид реагира с калиев хидроксид. Полученото вещество се третира със сярна киселина, от получения разтвор се изолира оранжева сол. Тази сол се третира с бромоводородна киселина. Полученото просто вещество реагира със сероводород. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

6) Магнезиевият прах се нагрява под азотна атмосфера. Когато полученото вещество взаимодейства с вода, се отделя газ. Газът се пропуска през воден разтвор на хром (III) сулфат, което води до сива утайка. Утайката се отделя и се третира с нагряване с разтвор, съдържащ водороден пероксид и калиев хидроксид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

7) Амонякът се прекарва през бромоводородна киселина. Към получения разтвор се прибавя разтвор на сребърен нитрат. Образуваната утайка се отделя и се нагрява с цинков прах. Образуваният по време на реакцията метал се третира с концентриран разтвор на сярна киселина и се отделя газ с остра миризма. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

8) Калиев хлорат се нагрява в присъствието на катализатор и се отделя безцветен газ. Чрез изгаряне на желязо в атмосфера на този газ се получава железен нагар. Разтваря се в излишък от солна киселина. Към така получения разтвор се добавя разтвор, съдържащ натриев дихромат и солна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

9) Натрият се нагрява във водородна атмосфера. При добавяне на вода към полученото вещество се наблюдава отделяне на газ и образуване на бистър разтвор. През този разтвор се пропуска кафяв газ, който се получава в резултат на взаимодействието на мед с концентриран разтвор на азотна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

10) Алуминият реагира с разтвор на натриев хидроксид. Отделеният газ се пропуска през нагрят меден (II) оксид на прах. Полученото просто вещество се разтваря чрез нагряване в концентрирана сярна киселина. Получената сол се изолира и се добавя към разтвор на калиев йодид. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

11) Прекарана електролиза на разтвор на натриев хлорид. Към получения разтвор се прибавя железен (III) хлорид. Образуваната утайка се отфилтрува и калцинира. Твърдият остатък се разтваря в йодоводородна киселина. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

12) Към разтвора на натриевия хидроксид се добавя алуминиев прах. Излишък от въглероден диоксид се пропуска през разтвора на полученото вещество. Образуваната утайка се отделя и калцинира. Полученият продукт се кондензира с натриев карбонат. Напишете уравненията за четирите описани реакции.

Алуминият е амфотерен метал. Електронната конфигурация на алуминиевия атом е 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . По този начин той има три валентни електрона на външния електронен слой: 2 - на 3s- и 1 - на 3p-подниво. Във връзка с тази структура, тя се характеризира с реакции, в резултат на които алуминиев атом губи три електрона с външно нивои придобива степен на окисление +3. Алуминият е силно активен метал и проявява много силни редукционни свойства.

Взаимодействие на алуминия с прости вещества

с кислород

При контакт на абсолютно чист алуминий с въздух, алуминиевите атоми, разположени в повърхностния слой, моментално взаимодействат с кислорода на въздуха и образуват най-тънкия, дебел няколко десетки атомни слоя, силен оксиден филм със състав Al 2 O 3, който предпазва алуминия от по-нататъшно окисление. Също така е невъзможно да се окислят големи проби от алуминий дори при много високи температури. Въпреки това финият алуминиев прах гори доста лесно в пламък на горелка:

4Al + 3O 2 \u003d 2Al 2 O 3

с халогени

Алуминият реагира много енергично с всички халогени. Така реакцията между смесени прахове от алуминий и йод протича вече при стайна температура след добавяне на капка вода като катализатор. Уравнението за взаимодействието на йод с алуминий:

2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3

С брома, който е тъмнокафява течност, алуминият също реагира без нагряване. Достатъчно е просто да въведете проба от алуминий в течен бром: бурна реакция веднага започва с отделянето на голямо количество топлина и светлина:

2Al + 3Br 2 = 2AlBr 3

Реакцията между алуминий и хлор протича, когато нагрето алуминиево фолио или фин алуминиев прах се въвежда в колба, пълна с хлор. Алуминият гори ефективно в хлор съгласно уравнението:

2Al + 3Cl 2 = 2AlCl 3

със сяра

При нагряване до 150-200 ° C или след запалване на смес от прахообразен алуминий и сяра, между тях започва интензивна екзотермична реакция с освобождаване на светлина:

— сулфид алуминий

с азот

Когато алуминият взаимодейства с азот при температура около 800 o C, се образува алуминиев нитрид:

с въглерод

При температура от около 2000 o C алуминият взаимодейства с въглерода и образува алуминиев карбид (метанид), съдържащ въглерод в степен на окисление -4, както в метана.

Взаимодействие на алуминия със сложни вещества

с вода

Както бе споменато по-горе, стабилният и издръжлив оксиден филм от Al 2 O 3 не позволява на алуминия да се окислява във въздуха. Същият защитен оксиден филм прави алуминия инертен към водата. При отстраняване на защитния оксиден филм от повърхността чрез методи като третиране с водни разтвори на алкали, амониев хлорид или живачни соли (амалгиране), алуминият започва да реагира енергично с вода, за да образува алуминиев хидроксид и водороден газ:

с метални оксиди

След запалване на смес от алуминий с оксиди на по-малко активни метали (вдясно от алуминия в серията активности), започва изключително бурна, силно екзотермична реакция. Така че, в случай на взаимодействие на алуминий с железен оксид (III), се развива температура от 2500-3000 ° C. В резултат на тази реакция се образува стопено желязо с висока чистота:

2AI + Fe 2 O 3 \u003d 2Fe + Al 2 O 3

Този метод за получаване на метали от техните оксиди чрез редукция с алуминий се нарича алуминотермияили алуминотермия.

с неокисляващи киселини

Взаимодействието на алуминия с неокисляващи киселини, т.е. практически всички киселини, с изключение на концентрирани сярна и азотна киселини, водят до образуването на алуминиева сол на съответната киселина и водороден газ:

а) 2Al + 3H 2 SO 4 (razb.) \u003d Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2

2Al 0 + 6H + = 2Al 3+ + 3H 2 0;

б) 2AI + 6HCl = 2AICl 3 + 3H 2

с окислителни киселини

- концентрирана сярна киселина

Взаимодействието на алуминия с концентрирана сярна киселина при нормални условия, както и при ниски температури, не се осъществява поради ефект, наречен пасивиране. При нагряване реакцията е възможна и води до образуването на алуминиев сулфат, вода и сероводород, който се образува в резултат на намаляването на сярата, която е част от сярната киселина:

Такава дълбока редукция на сярата от степен на окисление +6 (в H 2 SO 4) до степен на окисление -2 (в H 2 S) се получава поради много високата редукционна способност на алуминия.

- концентрирана азотна киселина

концентриран Азотна киселинапри нормални условия също пасивира алуминия, което прави възможно съхранението му в алуминиеви контейнери. Точно както в случая на концентрирана сярна киселина, взаимодействието на алуминия с концентрирана азотна киселина става възможно при силно нагряване, докато реакцията протича предимно:

- разредена азотна киселина

Взаимодействието на алуминия с разредена в сравнение с концентрирана азотна киселина води до продукти на по-дълбока редукция на азота. Вместо NO, в зависимост от степента на разреждане, могат да се образуват N 2 O и NH 4 NO 3:

8Al + 30HNO 3 (razb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N 2 O + 15H 2 O

8Al + 30HNO 3 (силно разреден) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O