Oxid hlinitý plus kyselina dusičná. korózia hliníka. - zriedená kyselina dusičná
1) Kremík bol spálený v atmosfére chlóru. Na výsledný chlorid sa pôsobí vodou. Takto vytvorená zrazenina sa kalcinovala. Potom sa tavil s fosforečnanom vápenatým a uhlím. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
2) Plyn získaný úpravou nitridu vápenatého vodou sa viedol cez horúci prášok oxidu meďnatého. Takto získaná pevná látka sa rozpustila v koncentrovanej kyseline dusičnej, roztok sa odparil a výsledný pevný zvyšok sa kalcinoval. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
3) Určité množstvo sulfidu železnatého sa rozdelilo na dve časti. Jeden z nich bol ošetrený kyselinou chlorovodíkovou a druhý bol vypálený na vzduchu. Pri interakcii vyvinutých plynov vznikla jednoduchá žltá látka. Výsledná látka sa zahrievala s koncentrovanou kyselinou dusičnou a uvoľnil sa hnedý plyn. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
4) Keď oxid hlinitý reagoval s kyselinou dusičnou, vytvorila sa soľ. Soľ sa vysušila a kalcinovala. Pevný zvyšok vytvorený počas kalcinácie sa podrobil elektrolýze v roztavenom kryolite. Elektrolýzou získaný kov sa zahrieval s koncentrovaným roztokom obsahujúcim dusičnan draselný a hydroxid draselný a uvoľnil sa plyn štipľavého zápachu. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
5) Oxid chromitý zreagovaný s hydroxidom draselným. Na výslednú látku sa pôsobí kyselinou sírovou a z výsledného roztoku sa izoluje oranžová soľ. Na túto soľ sa pôsobí kyselinou bromovodíkovou. Výsledná jednoduchá látka reagovala so sírovodíkom. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
6) Horčíkový prášok sa zahrieval v dusíkovej atmosfére. Pri interakcii výslednej látky s vodou sa uvoľňuje plyn. Plyn prechádzal cez vodný roztok síranu chromitého, čo viedlo k sivej zrazenine. Zrazenina sa oddelila a spracovala zahrievaním s roztokom obsahujúcim peroxid vodíka a hydroxid draselný. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
7) Amoniak prešiel cez kyselinu bromovodíkovú. K výslednému roztoku sa pridal roztok dusičnanu strieborného. Vytvorená zrazenina sa oddelila a zahrievala so zinkovým práškom. Kov vzniknutý počas reakcie sa spracoval s koncentrovaným roztokom kyseliny sírovej a uvoľnil sa plyn štipľavého zápachu. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
8) Chlorečnan draselný sa zahrieval v prítomnosti katalyzátora a uvoľnil sa bezfarebný plyn. Spálením železa v atmosfére tohto plynu sa získal železný kameň. Bol rozpustený v nadbytku kyseliny chlorovodíkovej. K takto získanému roztoku sa pridal roztok obsahujúci dvojchróman sodný a kyselinu chlorovodíkovú. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
9) Sodík sa zahrieval vo vodíkovej atmosfére. Keď sa k výslednej látke pridala voda, pozoroval sa vývoj plynu a tvorba číreho roztoku. Cez tento roztok prechádzal hnedý plyn, ktorý sa získal ako výsledok interakcie medi s koncentrovaným roztokom kyseliny dusičnej. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
10) Hliník zreagoval s roztokom hydroxidu sodného. Uvolnený plyn sa viedol cez zahriaty prášok oxidu meďnatého. Výsledná jednoduchá látka sa rozpustila zahrievaním v koncentrovanej kyseline sírovej. Výsledná soľ sa izolovala a pridala sa k roztoku jodidu draselného. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
11) Vyčerpaná elektrolýza roztoku chloridu sodného. K výslednému roztoku sa pridal chlorid železitý. Vzniknutá zrazenina sa odfiltruje a kalcinuje. Pevný zvyšok sa rozpustil v kyseline jodovodíkovej. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
12) K roztoku hydroxidu sodného sa pridal práškový hliník. Nadbytočný oxid uhličitý prešiel cez roztok získanej látky. Vytvorená zrazenina sa oddelila a kalcinovala. Výsledný produkt sa spojil s uhličitanom sodným. Napíšte rovnice pre štyri opísané reakcie.
Hliník - zničenie kovu vplyvom prostredia.
Pre reakciu Al 3+ + 3e → Al je štandardný elektródový potenciál hliníka -1,66 V.
Teplota topenia hliníka je 660 °C.
Hustota hliníka je 2,6989 g/cm 3 (za normálnych podmienok).
Hliník, aj keď je aktívnym kovom, má pomerne dobré korózne vlastnosti. Dá sa to vysvetliť schopnosťou pasivácie v mnohých agresívnych prostrediach.
Odolnosť hliníka proti korózii závisí od mnohých faktorov: čistota kovu, korozívne prostredie, koncentrácia agresívnych nečistôt v prostredí, teplota atď. pH roztokov má silný vplyv. Oxid hlinitý na povrchu kovu vzniká len v rozsahu pH od 3 do 9!
Jeho čistota výrazne ovplyvňuje odolnosť Al proti korózii. Na výrobu chemických agregátov, zariadení sa používa iba vysoko čistý kov (bez nečistôt), napríklad hliník triedy AB1 a AB2.
Koróziu hliníka nepozorujeme len v tých prostrediach, kde sa na povrchu kovu vytvára ochranný oxidový film.
Pri zahrievaní môže hliník reagovať s niektorými nekovmi:
2Al + N 2 → 2AlN - interakcia hliníka a dusíka za vzniku nitridu hliníka;
4Al + 3С → Al 4 С 3 - reakcia interakcie hliníka s uhlíkom za vzniku karbidu hliníka;
2Al + 3S → Al 2 S 3 - interakcia hliníka a síry za vzniku sulfidu hlinitého.
Korózia hliníka na vzduchu (atmosférická korózia hliníka)
Hliník pri interakcii so vzduchom prechádza do pasívneho stavu. Keď sa čistý kov dostane do kontaktu so vzduchom, na hliníkovom povrchu sa okamžite objaví tenký ochranný film oxidu hlinitého. Ďalej sa rast filmu spomaľuje. Vzorec oxidu hlinitého je Al203 alebo Al203H20.
Interakcia hliníka s kyslíkom:
4Al + 302 → 2Al203.
Hrúbka tohto oxidového filmu je medzi 5 a 100 nm (v závislosti od prevádzkových podmienok). Oxid hlinitý má dobrú priľnavosť k povrchu, spĺňa podmienku kontinuity oxidových filmov. Pri skladovaní v sklade je hrúbka oxidu hlinitého na povrchu kovu cca 0,01 – 0,02 mikrónu. Pri interakcii so suchým kyslíkom - 0,02 - 0,04 mikrónov. Počas tepelného spracovania hliníka môže hrúbka oxidového filmu dosiahnuť 0,1 µm.
Hliník je celkom odolný ako v čistom vidieckom ovzduší, tak aj v priemyselnej atmosfére (obsahuje sírové výpary, sírovodík, plynný amoniak, suchý chlorovodík atď.). Pretože korózia hliníka v plynných médiách nie je ovplyvnená zlúčeninami síry - používa sa na výrobu zariadení na spracovanie kyslého oleja, zariadení na vulkanizáciu gumy.
Korózia hliníka vo vode
Korózia hliníka sa pri interakcii s čistou čerstvou destilovanou vodou takmer nepozoruje. Zvýšenie teploty na 180 °C nemá žiadny zvláštny účinok. Horúca vodná para tiež nemá vplyv na koróziu hliníka. Ak sa do vody pridá trochu alkálie, dokonca aj pri izbovej teplote, rýchlosť korózie hliníka v takomto prostredí sa mierne zvýši.
Interakciu čistého hliníka (nepotiahnutého oxidovým filmom) s vodou možno opísať pomocou reakčnej rovnice:
2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H 2.
Pri interakcii s morskou vodou začína čistý hliník korodovať, pretože. citlivé na rozpustené soli. Na využitie hliníka v morskej vode sa do jeho zloženia pridáva malé množstvo horčíka a kremíka. Odolnosť hliníka a jeho zliatin proti korózii, keď sú vystavené morskej vode, sa výrazne zníži, ak je v zložení kovu zahrnutá meď.
Korózia hliníka v kyselinách
So zvyšujúcou sa čistotou hliníka sa zvyšuje jeho odolnosť voči kyselinám.
Korózia hliníka v kyseline sírovej
Pre hliník a jeho zliatiny je veľmi nebezpečná kyselina sírová (má oxidačné vlastnosti) stredných koncentrácií. Reakcia so zriedenou kyselinou sírovou je opísaná rovnicou:
2Al + 3H2S04 (razb) -> A12 (S04)3 + 3H2.
Koncentrovaná studená kyselina sírová nemá žiadny účinok. A pri zahrievaní hliník koroduje:
2Al + 6H2S04 (konc) -> A12(S04)3 + 3S02 + 6H20.
Vznikne tak rozpustná soľ – síran hlinitý.
Al je stabilný v oleu (dymiaca kyselina sírová) pri teplotách do 200 °C. Vďaka tomu sa používa na výrobu kyseliny chlórsulfónovej (HSO 3 Cl) a olea.
Korózia hliníka v kyseline chlorovodíkovej
V kyseline chlorovodíkovej sa hliník alebo jeho zliatiny rýchlo rozpúšťajú (najmä so zvyšujúcou sa teplotou). Rovnica korózie:
2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2.
Podobne pôsobia roztoky kyseliny bromovodíkovej (HBr), kyseliny fluorovodíkovej (HF).
Korózia hliníka v kyseline dusičnej
Koncentrovaný roztok kyseliny dusičnej má vysoké oxidačné vlastnosti. Hliník v kyseline dusičnej je pri normálnej teplote výnimočne stabilný (vyššia odolnosť ako nehrdzavejúca oceľ 12X18H9). Používa sa dokonca na výrobu koncentrovanej kyseliny dusičnej priamou syntézou.
Pri zahrievaní prebieha korózia hliníka v kyseline dusičnej podľa reakcie:
Al + 6HN03 (konc) -> Al(N03)3 + 3N02 + 3H20.
Korózia hliníka v kyseline octovej
Hliník má dostatočne vysokú odolnosť voči kyseline octovej akejkoľvek koncentrácie, ale iba ak teplota nepresiahne 65 ° C. Používa sa na výrobu formaldehydu a kyseliny octovej. Pri vyšších teplotách sa hliník rozpúšťa (s výnimkou koncentrácií kyselín 98 - 99,8 %).
V bróme sú slabé roztoky kyseliny chrómovej (do 10%), kyseliny fosforečnej (do 1%) pri izbovej teplote, hliník je stabilný.
Na hliník a jeho zliatiny slabo pôsobia kyseliny citrónová, maslová, jablčná, vínna, propiónová, víno, ovocné šťavy.
Kyseliny šťaveľové, mravčia, organochlórové kyseliny ničia kov.
Odolnosť hliníka proti korózii je výrazne ovplyvnená parou a kvapôčkovou ortuťou. Kov a jeho zliatiny po krátkom kontakte intenzívne korodujú a vytvárajú amalgámy.
Korózia hliníka v alkáliách
Alkálie ľahko rozpúšťajú ochranný oxidový film na povrchu hliníka, začína reagovať s vodou, v dôsledku čoho sa kov rozpúšťa s uvoľňovaním vodíka (korózia hliníka s depolarizáciou vodíka).
2Al + 2NaOH + 6H20 -> 2Na + 3H2;
2(NaOH H20) + 2Al -> 2NaAl02 + 3H2.
vznikajú hlinitany.
Oxidový film je tiež zničený soľami ortuti, medi a chloridových iónov.
Chemické vlastnosti hliníka sú určené jeho pozíciou v periodickej tabuľke chemických prvkov.
Nižšie sú uvedené hlavné chemické reakcie hliníka s inými chemickými prvkami. Tieto reakcie určujú základné chemické vlastnosti hliníka.
S čím hliník reaguje?
Jednoduché látky:
- halogény (fluór, chlór, bróm a jód)
- fosfor
- uhlíka
- kyslík (spaľovanie)
Zložené látky:
- minerálne kyseliny (chlorovodíková, fosforečná)
- kyselina sírová
- Kyselina dusičná
- alkálie
- oxidačné činidlá
- oxidy menej aktívnych kovov (aluminotermia)
S čím hliník nereaguje?
Hliník nereaguje:
- s vodíkom
- za normálnych podmienok - s koncentrovanou kyselinou sírovou (v dôsledku pasivácie - tvorba hustého oxidového filmu)
- za normálnych podmienok - s koncentrovanou kyselinou dusičnou (aj kvôli pasivácii)
hliník a vzduch
Zvyčajne je povrch hliníka vždy pokrytý tenkou vrstvou oxidu hlinitého, ktorý ho chráni pred vystavením vzduchu, presnejšie kyslíku. Preto sa predpokladá, že hliník nereaguje so vzduchom. Ak je táto vrstva oxidu poškodená alebo odstránená, potom čerstvý hliníkový povrch reaguje so vzdušným kyslíkom. Hliník môže horieť v kyslíku oslnivým bielym plameňom za vzniku oxidu hlinitého Al2O3.
Reakcia hliníka s kyslíkom:
- 4Al + 302 -> 2Al203
hliník a voda
Hliník reaguje s vodou v nasledujúcich reakciách:
- 2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2 (1)
- 2Al + 4H20 \u003d 2AlO (OH) + 3H2 (2)
- 2Al + 3H20 \u003d Al203 + 3H2 (3)
V dôsledku týchto reakcií sa tvoria, resp.
- modifikácia hydroxidu hlinitého bayerit a vodík (1)
- modifikácia bohemitu hydroxidu hlinitého a vodíka (2)
- oxid hlinitý a vodík (3)
Tieto reakcie sú mimochodom veľmi zaujímavé pri vývoji kompaktných zariadení na výrobu vodíka pre vozidlá, ktoré jazdia na vodík.
Všetky tieto reakcie sú termodynamicky možné pri teplotách od izbovej teploty až po teplotu topenia hliníka 660 ºС. Všetky sú tiež exotermické, to znamená, že sa vyskytujú pri uvoľňovaní tepla:
- Pri teplotách od izbovej teploty do 280 ºС je najstabilnejším reakčným produktom Al(OH)3.
- Pri teplotách od 280 do 480 ºС je AlO(OH) najstabilnejším reakčným produktom.
- Pri teplotách nad 480 ºС je najstabilnejším reakčným produktom Al 2 O 3 .
Oxid hlinitý Al203 sa tak stáva termodynamicky stabilnejším ako Al(OH)3 pri zvýšenej teplote. Reakčným produktom hliníka s vodou pri teplote miestnosti bude hydroxid hlinitý Al(OH)3.
Reakcia (1) ukazuje, že hliník by mal spontánne reagovať s vodou pri izbovej teplote. V praxi však kus hliníka ponorený vo vode nereaguje s vodou pri izbovej teplote a dokonca ani vo vriacej vode. Faktom je, že hliník má na povrchu tenkú koherentnú vrstvu oxidu hlinitého Al 2 O 3 . Tento oxidový film pevne priľne k hliníkovému povrchu a bráni jeho reakcii s vodou. Preto, aby sa spustila a udržala reakcia hliníka s vodou pri izbovej teplote, je potrebné túto vrstvu oxidu neustále odstraňovať alebo ničiť.
Hliník a halogény
Hliník prudko reaguje so všetkými halogénmi - sú to:
- fluór F
- chlór Cl
- bróm Br a
- jód (jód) I,
so vzdelaním resp.
- fluorid AlF 3
- chlorid AlCl3
- bromid Al2Br6 a
- jodid Al2Br6.
Reakcie vodíka s fluórom, chlórom, brómom a jódom:
- 2Al + 3F 2 → 2AlF 3
- 2Al + 3Cl2 -> 2AlCl3
- 2Al + 3Br2 -> Al2Br6
- 2Al + 3l 2 → Al 2 I 6
hliník a kyseliny
Hliník aktívne reaguje so zriedenými kyselinami: sírovou, chlorovodíkovou a dusičnou, pričom vznikajú zodpovedajúce soli: síran hlinitý Al 2 SO 4, chlorid hlinitý AlCl 3 a dusičnan hlinitý Al(NO 3) 3.
Reakcie hliníka so zriedenými kyselinami:
- 2Al + 3H2S04 -> Al2(S04)3 + 3H2
- 2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H 2
- 2Al + 6HN03 -> 2Al(NO3)3 + 3H2
Pri izbovej teplote neinteraguje s koncentrovanými kyselinami sírovou a chlorovodíkovou, pri zahriatí reaguje za tvorby solí, oxidov a vody.
Hliník a alkálie
Hliník vo vodnom roztoku alkálie - hydroxid sodný - reaguje za vzniku hlinitanu sodného.
Reakcia hliníka s hydroxidom sodným je:
- 2Al + 2NaOH + 10H20 -> 2Na + 3H 2
Zdroje:
1. Chemické prvky. Prvých 118 prvkov, zoradených abecedne / vyd. Wikipedians-2018
2. Reakcia hliníka s vodou za vzniku vodíka / John Petrovic a George Thomas, U.S. Ministerstvo energetiky, 2008
Hliník je amfotérny kov. Elektrónová konfigurácia atómu hliníka je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 . Na vonkajšej elektrónovej vrstve má teda tri valenčné elektróny: 2 - na 3s- a 1 - na 3p-podúrovni. V súvislosti s touto štruktúrou sa vyznačuje reakciami, v dôsledku ktorých atóm hliníka stráca tri elektróny z vonkajšej úrovne a získava oxidačný stav +3. Hliník je vysoko aktívny kov a vykazuje veľmi silné redukčné vlastnosti.
Interakcia hliníka s jednoduchými látkami
s kyslíkom
Atómy hliníka nachádzajúce sa v povrchovej vrstve pri kontakte absolútne čistého hliníka so vzduchom okamžite interagujú so vzdušným kyslíkom a vytvoria ten najtenší, niekoľko desiatok atómových vrstiev hrubý, silný oxidový film zloženia Al 2 O 3, ktorý chráni hliník. z ďalšej oxidácie. Je tiež nemožné oxidovať veľké vzorky hliníka ani pri veľmi vysokých teplotách. Jemný hliníkový prášok však horí celkom ľahko v plameni horáka:
4Al + 3O 2 \u003d 2 Al 2 O 3
s halogénmi
Hliník reaguje veľmi energicky so všetkými halogénmi. Reakcia medzi zmiešanými práškami hliníka a jódu teda prebieha už pri teplote miestnosti po pridaní kvapky vody ako katalyzátora. Rovnica pre interakciu jódu s hliníkom:
2Al + 3I 2 \u003d 2AlI 3
S brómom, čo je tmavohnedá kvapalina, reaguje hliník aj bez zahrievania. Stačí jednoducho vložiť vzorku hliníka do tekutého brómu: okamžite začne prudká reakcia s uvoľnením veľkého množstva tepla a svetla:
2Al + 3Br2 = 2AlBr3
Reakcia medzi hliníkom a chlórom prebieha, keď sa zahriata hliníková fólia alebo jemný hliníkový prášok vloží do banky naplnenej chlórom. Hliník efektívne horí v chlóre podľa rovnice:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
so sírou
Pri zahriatí na 150 - 200 ° C alebo po zapálení zmesi práškového hliníka a síry medzi nimi začína intenzívna exotermická reakcia s uvoľňovaním svetla:
— sulfid hliník
s dusíkom
Keď hliník interaguje s dusíkom pri teplote asi 800 °C, vzniká nitrid hliníka:
s uhlíkom
Pri teplote asi 2000 o C hliník interaguje s uhlíkom a vytvára karbid hliníka (metanid), obsahujúci uhlík v oxidačnom stave -4, ako v metáne.
Interakcia hliníka s komplexnými látkami
s vodou
Ako bolo uvedené vyššie, stabilný a odolný oxidový film Al 2 O 3 neumožňuje hliníku oxidovať na vzduchu. Rovnaký ochranný oxidový film robí hliník inertným aj voči vode. Pri odstraňovaní ochranného oxidového filmu z povrchu spôsobmi, ako je ošetrenie vodnými roztokmi alkálií, chloridu amónneho alebo solí ortuti (amalgácia), hliník začne prudko reagovať s vodou za vzniku hydroxidu hlinitého a plynného vodíka:
s oxidmi kovov
Po zapálení zmesi hliníka s oxidmi menej aktívnych kovov (v rade aktivít napravo od hliníka) začína mimoriadne prudká, silne exotermická reakcia. Takže v prípade interakcie hliníka s oxidom železa (III) sa vyvinie teplota 2500-3000 ° C. V dôsledku tejto reakcie sa vytvára vysoko čisté roztavené železo:
2AI + Fe203 \u003d 2Fe + Al203
Tento spôsob získavania kovov z ich oxidov redukciou hliníkom je tzv aluminotermia alebo aluminotermia.
s neoxidačnými kyselinami
Interakcia hliníka s neoxidačnými kyselinami, t.j. prakticky všetky kyseliny, okrem koncentrovanej kyseliny sírovej a dusičnej, vedú k tvorbe hlinitej soli zodpovedajúcej kyseliny a plynného vodíka:
a) 2Al + 3H2S04 (razb.) \u003d Al2(SO4)3 + 3H2
2A10 + 6H+ = 2A13+ + 3H20;
b) 2AI + 6HCI = 2AICI3 + 3H2
s oxidačnými kyselinami
- koncentrovaná kyselina sírová
K interakcii hliníka s koncentrovanou kyselinou sírovou za normálnych podmienok, ako aj pri nízkych teplotách nedochádza v dôsledku efektu nazývaného pasivácia. Pri zahrievaní je reakcia možná a vedie k tvorbe síranu hlinitého, vody a sírovodíka, ktorý vzniká v dôsledku redukcie síry, ktorá je súčasťou kyseliny sírovej:
K takejto hlbokej redukcii síry z oxidačného stavu +6 (v H 2 SO 4) do oxidačného stavu -2 (v H 2 S) dochádza v dôsledku veľmi vysokej redukčnej schopnosti hliníka.
- koncentrovaná kyselina dusičná
Koncentrovaná kyselina dusičná za normálnych podmienok pasivuje hliník, čo umožňuje jeho skladovanie v hliníkových nádobách. Rovnako ako v prípade koncentrovanej kyseliny sírovej je interakcia hliníka s koncentrovanou kyselinou dusičnou možná pri silnom zahrievaní, pričom reakcia prebieha prevažne:
- zriedená kyselina dusičná
Interakcia hliníka so zriedenou v porovnaní s koncentrovanou kyselinou dusičnou vedie k produktom hlbšej redukcie dusíka. Namiesto NO, v závislosti od stupňa zriedenia, môžu vzniknúť N20 a NH4NO3:
8Al + 30HNO3 (razb.) \u003d 8Al (NO 3) 3 + 3N20 + 15H20
8Al + 30HNO 3 (vysoko zriedený) = 8Al (NO 3) 3 + 3NH 4 NO 3 + 9H 2 O
s alkáliami
Hliník reaguje s vodnými roztokmi zásad:
2Al + 2NaOH + 6H20 = 2Na + 3H 2
a s čistými zásadami počas fúzie:
V oboch prípadoch reakcia začína rozpustením ochranného filmu oxidu hlinitého:
Al203 + 2NaOH + 3H20 \u003d 2Na
Al203 + 2NaOH \u003d 2NaAl02 + H20
V prípade vodného roztoku začne hliník, očistený od ochranného oxidového filmu, reagovať s vodou podľa rovnice:
2Al + 6H20 \u003d 2Al (OH)3 + 3H2
Výsledný hydroxid hlinitý, ktorý je amfotérny, reaguje s vodným roztokom hydroxidu sodného za vzniku rozpustného tetrahydroxoaluminátu sodného:
Al(OH)3 + NaOH = Na