Решебник по химии 9 класс. Рудзитис ФГОС | Страница 197

В ряду Na → Mg → Al увеличивается заряд ядра и число электронов. У натрия на внешнем уровне 1 электрон, у магния — 2, у алюминия — 3. Радиус атома уменьшается, так как возрастает притяжение к ядру. Металлические свойства уменьшаются, так как с увеличением числа внешних электронов труднее отдать все электроны. Поэтому уменьшается восстановительная способность: натрий — самый активный, алюминий — менее активный. Увеличивается степень окисления: у Na — +1, у Mg — +2, у Al — +3.

Алюминий — очень активный металл, он находится в ряду напряжений почти в начале, уступая только щелочным и щелочноземельным металлам. Он легко соединяется с кислородом, серой, кислотами и водой. Поэтому в природе он существует только в виде устойчивых соединений, таких как оксиды, гидроксиды и силикаты. Например, боксит, каолинит, нефелин и корунд. Энергетически выгоднее находиться алюминию в связанном виде, чем в свободном.

Инфографика может содержать центральный элемент «Алюминий», от которого отходят стрелки к основным соединениям:

• Каолинит: Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O — основа глин.

• Боксит: Al₂O₃·nH₂O — основная алюминиевая руда.

• Корунд: Al₂O₃ — кристаллы (рубин, сапфир).

• Полевой шпат: K₂O·Al₂O₃·6SiO₂ — в гранитах.

• Нефелин: Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂ — алюмосиликат натрия.

Реакция восстановления алюминия из его соединения — это процесс восстановления Al³⁺ до Al⁰. Кальций — активный металл, имеет более высокую восстановительную способность, чем алюминий, и способен вытеснить его:

(3Ca + 2AlCl₃ → 3CaCl₂ + 2Al)

Переход электронов:

Ca⁰ → Ca²⁺ + 2e⁻ (восстановитель)

Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰ (восстанавливается)

Реакцию нельзя проводить в водном растворе, потому что кальций будет реагировать с водой:

(Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑)

а) С галогенами:

(2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃)

Al⁰ → Al³⁺ + 3e⁻

Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻

б) С оксидом железа:

(2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe)

Al⁰ → Al³⁺

Fe³⁺ → Fe⁰

в) С кислотой (ионы водорода):

(2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑)

Al⁰ → Al³⁺

H⁺ + e⁻ → H₂↑

г) С серой:

(2Al + 3S → Al₂S₃)

Al⁰ → Al³⁺

S⁰ + 2e⁻ → S²⁻

д) С кислородом:

(4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃)

Al⁰ → Al³⁺

O₂⁰ + 4e⁻ → 2O²⁻

Во всех реакциях алюминий — восстановитель, он отдаёт электроны, снижая степень окисления других веществ.

а) Атомы алюминия не могут быть окислителями, так как они находятся в нулевой степени окисления и, наоборот, отдают электроны, переходя в ионы Al³⁺. Пример:

(2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑) — алюминий восстанавливает ионы водорода, сам окисляется.

б) Ионы алюминия Al³⁺ могут быть окислителями, так как они принимают электроны и восстанавливаются до атомов алюминия:

(3Mg + 2AlCl₃ → 2Al + 3MgCl₂)

Al³⁺ + 3e⁻ → Al⁰ — восстановление алюминия, значит, Al³⁺ выступает как окислитель.

Уравнение реакции натрия с водой:

(2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑)

Из 2 моль Na выделяется 1 моль H₂, значит, из 1 моль Na — 0,5 моль H₂.

Уравнение реакции алюминия с HCl:

(2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑)

Из 2 моль Al выделяется 3 моль H₂. Тогда на 0,5 моль H₂ нужно:

(2 моль Al / 3 моль H₂) × 0,5 моль H₂ = 1/3 моль Al

Mr(Al) = 27 г/моль

m = 27 × 1/3 = 9 г

Ответ: потребуется 9 г алюминия.

Газ — это водород (H₂), выделяющийся при реакции алюминия с щелочью:

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

1 моль H₂ = 22,4 л при н. у., значит:

n(H₂) = 2,24 л / 22,4 л/моль = 0,1 моль

Из уравнения: 3 моль H₂ получается из 2 моль Al, значит:

n(Al) = (2/3) × 0,1 = 0,0667 моль

m(Al) = 0,0667 × 27 = 1,8 г

Масса меди в сплаве:

10 г − 1,8 г = 8,2 г

Процентный состав:

ω(Al) = (1,8 / 10) × 100% = 18%

ω(Cu) = (8,2 / 10) × 100% = 82%

Ответ: сплав содержит 18% алюминия и 82% меди.