Страница 236 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

8.77. Твёрдый остаток, полученный при прокаливании нитрата алюминия, смешали с углём и сильно прокалили. Образовавшийся твёрдый продукт сожгли в кислороде, а выделившийся газ пропустили через раствор силиката калия. Запишите уравнения всех упомянутых реакций.

Решение

Задача описывает последовательность из четырех химических превращений. Запишем уравнение для каждой стадии.

1. Прокаливание нитрата алюминия.
При сильном нагревании (прокаливании) нитрат алюминия разлагается с образованием твёрдого оксида алюминия, а также газообразных оксида азота(IV) и кислорода. Твёрдым остатком является оксид алюминия ($Al_2O_3$).
Уравнение реакции: $4Al(NO_3)_3 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3 + 12NO_2\uparrow + 3O_2\uparrow$

2. Прокаливание твёрдого остатка с углём.
Твёрдый остаток ($Al_2O_3$) смешали с углём (углеродом $C$) и сильно прокалили. В этих условиях протекает реакция карбидизации с образованием карбида алюминия ($Al_4C_3$) и угарного газа ($CO$).
Уравнение реакции: $2Al_2O_3 + 9C \xrightarrow{t} Al_4C_3 + 6CO\uparrow$

3. Сжигание образовавшегося твёрдого продукта в кислороде.
Образовавшийся твёрдый продукт ($Al_4C_3$) сожгли в кислороде. При этом образуется твёрдый оксид алюминия ($Al_2O_3$) и выделяется газообразный диоксид углерода ($CO_2$), о котором говорится в условии задачи.
Уравнение реакции: $Al_4C_3 + 6O_2 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3 + 3CO_2\uparrow$

4. Пропускание выделившегося газа через раствор силиката калия.
Выделившийся газ ($CO_2$) пропустили через водный раствор силиката калия ($K_2SiO_3$). Угольная кислота ($H_2CO_3$), которая образуется при растворении $CO_2$ в воде, является более сильной, чем кремниевая кислота ($H_2SiO_3$). Поэтому она вытесняет кремниевую кислоту из её соли. В результате реакции образуется карбонат калия ($K_2CO_3$) и выпадает осадок кремниевой кислоты ($H_2SiO_3$).
Уравнение реакции: $CO_2 + K_2SiO_3 + H_2O \rightarrow K_2CO_3 + H_2SiO_3\downarrow$

Ответ:

1. $4Al(NO_3)_3 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3 + 12NO_2\uparrow + 3O_2\uparrow$

2. $2Al_2O_3 + 9C \xrightarrow{t} Al_4C_3 + 6CO\uparrow$

3. $Al_4C_3 + 6O_2 \xrightarrow{t} 2Al_2O_3 + 3CO_2\uparrow$

4. $CO_2 + K_2SiO_3 + H_2O \rightarrow K_2CO_3 + H_2SiO_3\downarrow$

8.78. Для получения безводного ацетата алюминия на гидроксид алюминия действуют уксусным ангидридом. Запишите уравнение реакции. Почему эту соль не удаётся получить, проводя нейтрализацию гидроксида алюминия уксусной кислотой?

Запишите уравнение реакции.

Реакция получения безводного ацетата алюминия из гидроксида алюминия и уксусного ангидрида является реакцией ацилирования. Уксусный ангидрид реагирует с гидроксильными группами гидроксида алюминия, замещая их на ацетатные группы. При этом в качестве побочного продукта образуется вода. Сбалансированное уравнение реакции имеет следующий вид:

$2Al(OH)_3 + 3(CH_3CO)_2O \rightarrow 2Al(CH_3COO)_3 + 3H_2O$

Ответ: $2Al(OH)_3 + 3(CH_3CO)_2O \rightarrow 2Al(CH_3COO)_3 + 3H_2O$.

Почему эту соль не удаётся получить, проводя нейтрализацию гидроксида алюминия уксусной кислотой?

Получить безводный ацетат алюминия реакцией нейтрализации гидроксида алюминия уксусной кислотой невозможно из-за гидролиза продукта реакции в водной среде. Реакция нейтрализации описывается уравнением:

$Al(OH)_3 + 3CH_3COOH \rightleftharpoons Al(CH_3COO)_3 + 3H_2O$

Ацетат алюминия $Al(CH_3COO)_3$ является солью, образованной катионом слабого основания ($Al^{3+}$) и анионом слабой кислоты ($CH_3COO^−$). Такие соли подвергаются полному и необратимому гидролизу в присутствии воды, которая сама является продуктом данной реакции. Гидролиз приводит к образованию основных солей и в конечном итоге гидроксида алюминия:

$Al(CH_3COO)_3 + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)(CH_3COO)_2 + CH_3COOH$

$Al(OH)(CH_3COO)_2 + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)_2(CH_3COO) + CH_3COOH$

$Al(OH)_2(CH_3COO) + H_2O \rightleftharpoons Al(OH)_3 \downarrow + CH_3COOH$

При попытке удалить воду из реакционной смеси (например, нагреванием) для выделения твердой соли равновесие гидролиза смещается вправо, что делает невозможным выделение чистого ацетата алюминия $Al(CH_3COO)_3$. Вместо этого образуется осадок основной соли или гидроксида алюминия.

Применение уксусного ангидрида позволяет обойти эту проблему, так как он выступает не только реагентом, но и водоотнимающим средством. Любая молекула воды, образующаяся в реакции, немедленно взаимодействует с избытком ангидрида, создавая безводную среду и предотвращая гидролиз целевого продукта.

Ответ: Не удаётся получить ацетат алюминия реакцией нейтрализации с уксусной кислотой, так как он является солью слабого основания и слабой кислоты и подвергается полному необратимому гидролизу в воде, которая образуется в ходе самой реакции. Это приводит к образованию основных солей или гидроксида алюминия вместо чистого безводного ацетата алюминия.