Номер 15, страница 169 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 35. Алюминий — химический элемент и простое вещество. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 15, страница 169.

Условие.

15. Особо чистый алюминий растворяется в кислотах намного медленнее, чем технический, содержащий примеси других металлов. Чем это может быть вызвано?

Решение.

Решение 2.

Решение

Разница в скорости растворения особо чистого и технического алюминия в кислотах обусловлена электрохимическими процессами, а именно явлением контактной коррозии, которая ускоряется при наличии примесей.

1. Поведение особо чистого алюминия. Алюминий является химически активным металлом. При контакте с кислородом воздуха или окислительной средой на его поверхности мгновенно образуется очень тонкая, но плотная и химически стойкая оксидная пленка ($Al_2O_3$). Этот процесс называется пассивацией. Данная пленка защищает металл от прямого контакта с кислотой. Хотя кислота и способна медленно растворять эту пленку, общая скорость реакции значительно замедляется. Процесс идет медленно, так как он лимитирован скоростью разрушения пассивного слоя.

2. Поведение технического алюминия. Технический алюминий содержит примеси других металлов, например, железа (Fe), меди (Cu), кремния (Si). В растворе кислоты (электролите) эти примеси, находясь в контакте с основным металлом — алюминием, образуют множество микроскопических гальванических элементов (гальванических пар).

В каждой такой гальванической паре более активный металл становится анодом, а менее активный — катодом. Алюминий является более активным металлом по сравнению с железом или медью (имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал).

• $E^0(Al^{3+}/Al) = -1.66 \text{ В}$
• $E^0(Fe^{2+}/Fe) = -0.44 \text{ В}$
• $E^0(Cu^{2+}/Cu) = +0.34 \text{ В}$

Поэтому в кислотной среде алюминий выступает в роли анода и интенсивно окисляется, то есть растворяется:

На аноде (Al): $Al - 3e^- \rightarrow Al^{3+}$

Примеси (Fe, Cu) играют роль катода. На их поверхности происходит процесс восстановления ионов водорода из кислоты с выделением газообразного водорода:

На катоде (примесь): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Возникновение большого числа таких микрогальванических пар, где процессы окисления и восстановления пространственно разделены, резко ускоряет электрохимическую коррозию (растворение) алюминия. В результате технический алюминий растворяется в кислотах намного быстрее чистого.

Ответ: Растворение особо чистого алюминия в кислотах замедленно из-за наличия на его поверхности прочной защитной (пассивной) оксидной пленки $Al_2O_3$. В техническом алюминии примеси менее активных металлов (например, железа, меди) образуют с алюминием в кислотной среде множество микрогальванических пар. В этих парах алюминий служит анодом и подвергается ускоренному растворению (коррозии), в то время как на примесях (катодах) происходит выделение водорода. Это явление контактной коррозии и является причиной быстрого растворения технического алюминия.