Номер 2, страница 39, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

2. Для получения алюминия из $AlCl_3$ в качестве восстановителя используют Са. Охарактеризуйте этот процесс и составьте уравнение реакции, покажите переход электронов. Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

Решение

Охарактеризуйте этот процесс и составьте уравнение реакции, покажите переход электронов.

Процесс получения алюминия из его хлорида с помощью кальция является примером металлотермии, а конкретнее – кальциетермии. Это окислительно-восстановительная реакция замещения, в которой более активный металл (кальций) вытесняет менее активный металл (алюминий) из его соли. Реакция проводится при высокой температуре в безводной среде (в расплаве).

Уравнение реакции в молекулярном виде:

$2AlCl_3 + 3Ca \xrightarrow{to } 2Al + 3CaCl_2$

Для составления электронного баланса определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

Алюминий в $AlCl_3$ имеет степень окисления +3, а в свободном состоянии – 0.

Кальций в свободном состоянии имеет степень окисления 0, а в $CaCl_2$ – +2.

Схема перехода электронов (электронный баланс):

$Al^{+3} + 3e^{-} → Al^{0}$ | 2 (процесс восстановления, $Al^{+3}$ – окислитель)

$Ca^{0} - 2e^{-} → Ca^{+2}$ | 3 (процесс окисления, $Ca^{0}$ – восстановитель)

Ответ: Процесс является кальциетермией – разновидностью металлотермии. Уравнение реакции: $2AlCl_3 + 3Ca → 2Al + 3CaCl_2$. Переход электронов: алюминий принимает 3 электрона ($Al^{+3} + 3e^{-} → Al^{0}$), являясь окислителем, а кальций отдает 2 электрона ($Ca^{0} - 2e^{-} → Ca^{+2}$), являясь восстановителем.

Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

Эту реакцию нельзя проводить в водном растворе по двум основным причинам:

1. Кальций (Ca) – это активный щелочноземельный металл, который бурно реагирует с водой. Вместо того чтобы восстанавливать алюминий из соли, кальций в первую очередь будет взаимодействовать с водой, образуя гидроксид кальция и водород:

$Ca + 2H_2o → Ca(OH)_2 + H_2↑$

Таким образом, восстановитель будет расходоваться на побочную реакцию.

2. Хлорид алюминия ($AlCl_3$) в водном растворе подвергается сильному гидролизу по катиону, так как он образован слабым основанием ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой (HCl). В результате гидролиза образуется осадок гидроксида алюминия и создается кислая среда:

$AlCl_3 + 3H_2o ⇌ Al(OH)_3↓ + 3HCl$

В итоге, в водном растворе вместо целевой реакции получения металлического алюминия будут протекать реакции кальция с водой и гидролиз соли алюминия.

Ответ: Реакцию нельзя проводить в водном растворе, потому что кальций будет реагировать с водой, а не с хлоридом алюминия, а сам хлорид алюминия подвергнется гидролизу с образованием гидроксида алюминия.