Номер 6, страница 408 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 80. Пигменты и краски. Глава 8. Химия в повседневной жизни - номер 6, страница 408.

Условие.

6. Пигмент синий кобальт, представляющий собой алюминат кобальта $CoAl_2O_4$, используют для подглазурной росписи керамических изделий, например гжельской керамики. Предложите способ синтеза этого вещества из нитратов кобальта и алюминия

Решение.

Решение 2.

Пигмент синий кобальт, или алюминат кобальта ($CoAl_2O_4$), представляет собой смешанный оксид, который можно рассматривать как соединение оксида кобальта(II) и оксида алюминия: $CoO \cdot Al_2O_3$. Для его синтеза из нитратов кобальта и алюминия можно использовать метод совместного осаждения с последующим прокаливанием.

Дано:

• Нитрат кобальта(II) - $Co(NO_3)_2$
• Нитрат алюминия - $Al(NO_3)_3$

Найти:

Способ синтеза алюмината кобальта ($CoAl_2O_4$).

Решение:

Синтез можно провести в несколько стадий.

1. Приготовление раствора и совместное осаждение гидроксидов

Сначала готовят водные растворы нитрата кобальта(II) и нитрата алюминия. Для получения стехиометрического состава алюмината кобальта соли необходимо взять в молярном соотношении $1:2$. Затем к смешанному раствору солей приливают раствор осадителя, например, гидроксида аммония ($NH_3 \cdot H_2O$) или карбоната натрия ($Na_2CO_3$), до полного выпадения смешанного осадка гидроксидов кобальта(II) и алюминия.

Уравнения реакций при использовании гидроксида аммония:

$Co(NO_3)_2 + 2(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Co(OH)_2 \downarrow + 2NH_4NO_3$

$Al(NO_3)_3 + 3(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3NH_4NO_3$

Суммарное уравнение процесса осаждения:

$Co(NO_3)_2 + 2Al(NO_3)_3 + 8(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Co(OH)_2 \downarrow + 2Al(OH)_3 \downarrow + 8NH_4NO_3$

В результате образуется гелеобразный осадок, представляющий собой тонкодисперсную смесь гидроксидов.

2. Фильтрация, промывка и сушка осадка

Полученный осадок отделяют от раствора методом фильтрования. Затем его тщательно промывают дистиллированной водой для удаления побочных растворимых продуктов, в данном случае нитрата аммония ($NH_4NO_3$). Чистота конечного продукта зависит от качества промывки. Промытый осадок высушивают в сушильном шкафу при температуре около 100–120 °C для удаления воды.

3. Термическое разложение (прокаливание)

Высушенный смешанный гидроксид помещают в тигель и прокаливают в муфельной печи при высокой температуре (обычно в диапазоне 900–1200 °C). При нагревании происходит разложение гидроксидов с образованием оксидов, которые тут же реагируют между собой, образуя алюминат кобальта.

Процессы, происходящие при прокаливании:

1. Разложение гидроксидов:

$Co(OH)_2 \xrightarrow{t} CoO + H_2O \uparrow$

$2Al(OH)_3 \xrightarrow{t} Al_2O_3 + 3H_2O \uparrow$

2. Образование алюмината кобальта:

$CoO + Al_2O_3 \xrightarrow{t} CoAl_2O_4$

В результате образуется порошок насыщенного синего цвета — пигмент синий кобальт.

Альтернативным, более простым, но менее контролируемым способом является прямое прокаливание смеси твердых нитратов кобальта и алюминия, взятых в мольном соотношении 1:2. При этом происходит разложение нитратов до оксидов с последующим их взаимодействием. Однако этот метод сопровождается выделением токсичных оксидов азота ($NO_2$).

$Co(NO_3)_2 + 2Al(NO_3)_3 \xrightarrow{t} CoAl_2O_4 + 8NO_2 \uparrow + 2O_2 \uparrow$

Ответ: Для синтеза алюмината кобальта ($CoAl_2O_4$) из нитратов кобальта и алюминия следует приготовить их водный раствор в мольном соотношении $1:2$ соответственно. Затем провести совместное осаждение гидроксидов, добавив к раствору основание (например, раствор аммиака). Полученный осадок отфильтровать, промыть дистиллированной водой, высушить и прокалить при температуре 900–1200 °C.