Лабораторный опыт 17, страница 168 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 35. Алюминий — химический элемент и простое вещество. Глава 3. Металлы главных подгрупп - страница 168.

Условие.

Лабораторный опыт 17. Свойства алюминия

1. Рассмотрите выданные вам образцы алюминия и его сплавов. Напишите в тетради название каждого сплава, его состав и области применения.

2. В две пробирки положите по 1–2 гранулы алюминия. В одну пробирку прилейте соляную кислоту, в другую — серную. Что вы наблюдаете? В каком случае реакция протекает более энергично?

Решение.

Решение 2.

1. Поскольку конкретные образцы сплавов не были предоставлены, в качестве примера рассмотрим наиболее распространенные сплавы алюминия:

Дюралюминий (дюраль)
Состав: основа – алюминий ($Al$); легирующие элементы – медь ($Cu$, 2,2–5,2 %), магний ($Mg$, 0,2–2,7 %), марганец ($Mn$, 0,2–1,0 %).
Области применения: авиастроение (фюзеляжи, крылья), ракетостроение, производство скоростных поездов и автомобилей. Отличается высокой прочностью при малой плотности.

Силумин
Состав: основа – алюминий ($Al$); основной легирующий элемент – кремний ($Si$, 4–22 %).
Области применения: литейное производство для изготовления деталей сложной формы, таких как блоки цилиндров двигателей, поршни, корпуса насосов, детали бытовой техники. Обладает отличными литейными свойствами.

Магналий
Состав: основа – алюминий ($Al$); основной легирующий элемент – магний ($Mg$, 1–13 %), иногда с добавками марганца ($Mn$).
Области применения: химическая промышленность, судостроение, производство деталей, требующих высокой коррозионной стойкости и хорошей свариваемости, а также в декоративных целях.

Ответ: Наиболее известными сплавами алюминия являются дюралюминий (применяется в авиации), силумин (используется в литейном производстве) и магналий (применяется там, где важна коррозионная стойкость). У каждого сплава свой уникальный состав, определяющий его свойства и области применения.

2. Наблюдения:

При добавлении соляной и серной кислот к гранулам алюминия в обеих пробирках наблюдается химическая реакция. Поверхность гранул покрывается пузырьками бесцветного газа без запаха, который активно выделяется в раствор. Это явление называется "вскипанием" или эффервесценцией. Со временем гранулы алюминия постепенно растворяются.

При сравнении интенсивности реакции можно заметить, что в пробирке с соляной кислотой ($HCl$) реакция протекает заметно энергичнее, чем в пробирке с серной кислотой ($H_2SO_4$) (при условии одинаковой концентрации и температуры кислот).

Объяснение:

Алюминий — химически активный металл, который в обычных условиях покрыт тонкой, но очень прочной и химически инертной оксидной пленкой ($Al_2O_3$). Эта пленка защищает металл от дальнейшего взаимодействия с окружающей средой. Чтобы реакция с кислотой началась, эта защитная пленка должна быть разрушена.

1. Взаимодействие с соляной кислотой:

Сначала кислота растворяет оксидную пленку:

$Al_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2O$

Затем кислота вступает в реакцию с очищенным от пленки алюминием, в результате чего выделяется водород:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$

2. Взаимодействие с серной кислотой (разбавленной):

Растворение оксидной пленки:

$Al_2O_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2O$

Реакция с алюминием и выделение водорода:

$2Al + 3H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + 3H_2\uparrow$

Реакция с соляной кислотой протекает более энергично, так как ионы хлора ($Cl^−$) являются активаторами коррозии и способны эффективно разрушать пассивную оксидную пленку на поверхности алюминия. Это обеспечивает более быстрый доступ кислоты к металлу. Сульфат-ионы ($SO_4^{2−}$) обладают этой способностью в меньшей степени.

Примечание: С концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при комнатной температуре реакция практически не идет, так как она пассивирует алюминий, то есть уплотняет и укрепляет его оксидную пленку.

Ответ: В обеих пробирках наблюдается выделение пузырьков газа (водорода) и растворение алюминия. Реакция протекает более энергично в пробирке с соляной кислотой, так как хлорид-ионы ($Cl^−$) эффективнее разрушают защитную оксидную пленку на поверхности алюминия.