Страница 101 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.

1 Поскольку конкретные ключевые слова и словосочетания из параграфа не указаны, для создания классного банка данных были выбраны основные понятия, относящиеся к теме "Базы данных". Ниже представлены электронные адреса (ссылки) на ресурсы, подробно раскрывающие их содержание.

• База данных (БД)

  Организованная структура, предназначенная для хранения, изменения и обработки взаимосвязанной информации.

  • Статья в свободной энциклопедии Википедия: https://ru.wikipedia.org/wiki/База_данных
  • Статья для начинающих на IT-ресурсе Хабр: https://habr.com/ru/post/202120/
• Система управления базами данных (СУБД)

  Комплекс программных средств для создания баз данных, управления доступом к ним и их использования.

  • Обзорная статья в Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/Система_управления_базами_данных
  • Обзор различных типов СУБД (реляционные, NoSQL): https://selectel.ru/blog/types-of-dbms/
• Реляционная модель данных

  Логическая модель данных, в которой вся информация представлена в виде таблиц (отношений).

  • Описание реляционной модели в Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/Реляционная_модель_данных
  • Учебный материал на примере SQLite: https://younglinux.info/sqlite/relations
• Основные элементы реляционной БД: Таблица, Поле, Запись, Ключ

  Структурные компоненты, из которых состоит реляционная база данных.

  • Таблица (отношение) – основной объект, хранящий данные.
  • Поле (столбец, атрибут) – характеристика объекта, хранящая данные одного типа.
  • Запись (строка, кортеж) – набор значений полей, описывающий один объект.
  • Ключ (первичный, внешний) – поле или набор полей для уникальной идентификации записей и связывания таблиц.
  • Основы проектирования баз данных (статья от Microsoft): https://support.microsoft.com/ru-ru/office/основы-проектирования-баз-данных-a2c24c75-53d2-4309-873b-5a046c764a51
• Язык структурированных запросов (SQL)

  Стандартизированный язык, используемый для создания запросов к реляционным базам данных.

  • Статья об SQL в Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/SQL
  • Интерактивный учебник по SQL с практическими заданиями: https://sql-ex.ru/
  • Популярный международный ресурс для изучения SQL с примерами и онлайн-редактором (на английском языке): https://www.w3schools.com/sql/

Ответ:

Для создания классного банка данных найдены и приведены выше электронные адреса (URL), ведущие на авторитетные образовательные и информационные ресурсы (Википедия, Хабр, Selectel, Microsoft, sql-ex.ru и др.). Эти ссылки раскрывают содержание ключевых понятий по теме "Базы данных", таких как: "база данных", "СУБД", "реляционная модель", "таблица", "поле", "запись", "ключ" и "SQL".

2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.

Поскольку в задании не указана конкретная тема урока и ключевые слова из параграфа, в качестве примера выполнения будет подготовлен информационный продукт в виде сообщения. Тема сообщения — «Значение фотосинтеза», что является распространенной темой в школьном курсе биологии.

Решение

Сообщение по теме «Значение фотосинтеза»

Фотосинтез — это сложный химический процесс, в ходе которого зеленые растения, водоросли и некоторые виды бактерий преобразуют энергию света в химическую энергию органических веществ. Для этого они используют диоксид углерода ($CO_2$) из атмосферы и воду ($H_2O$). Суммарное уравнение этого процесса можно представить в следующем виде:

$$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$$

Здесь $C_6H_{12}O_6$ — это глюкоза, простейший сахар, который служит источником энергии и строительным материалом для растения, а $O_2$ — кислород, выделяемый в атмосферу как побочный продукт. Значение фотосинтеза для биосферы Земли огромно и многогранно.

1. Накопление органической массы

Фотосинтезирующие организмы, или автотрофы, создают органические вещества из неорганических. Они являются продуцентами, то есть производителями, которые формируют основу всех пищевых цепей на планете. Все гетеротрофные организмы, включая животных и человека, прямо или косвенно зависят от органических веществ, созданных в процессе фотосинтеза. Таким образом, фотосинтез является фундаментальным процессом, обеспечивающим пищей практически все живое на Земле.

2. Поддержание состава атмосферы

Современная атмосфера Земли обязана своим составом именно фотосинтезу. Во-первых, в ходе этого процесса выделяется кислород, необходимый для дыхания подавляющего большинства живых существ. Миллиарды лет назад атмосфера нашей планеты была практически бескислородной, и лишь с появлением фотосинтезирующих цианобактерий она начала насыщаться кислородом, что сделало возможным появление и развитие сложных аэробных форм жизни. Во-вторых, фотосинтез регулирует содержание углекислого газа в атмосфере. Растения поглощают $CO_2$, который является основным парниковым газом. Таким образом, растительный покров планеты, особенно леса и океанический фитопланктон, играет ключевую роль в стабилизации климата, сдерживая глобальное потепление.

3. Создание энергетических ресурсов

Энергия, которую человечество получает при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти, природного газа, торфа, — это, по сути, «законсервированная» солнечная энергия. Эти полезные ископаемые образовались из остатков древних растений и организмов, которые миллионы лет назад уловили энергию Солнца с помощью фотосинтеза и преобразовали ее в химическую энергию органических соединений. Таким образом, вся современная энергетика в значительной степени основана на продуктах фотосинтеза далекого прошлого.

4. Формирование озонового экрана

Кислород, накопившийся в атмосфере благодаря фотосинтезу, под действием ультрафиолетового излучения Солнца в верхних слоях атмосферы (стратосфере) преобразуется в озон ($O_3$). Озоновый слой образует защитный экран, который поглощает большую часть губительного для живых организмов коротковолнового ультрафиолетового излучения. Без озонового экрана жизнь на суше была бы невозможна.

В заключение, фотосинтез является процессом планетарного масштаба, который лежит в основе существования биосферы. Он обеспечивает нас пищей, кислородом для дыхания, защищает от вредного излучения и влияет на климат, создавая условия для жизни на Земле.

Ответ:

Подготовлено сообщение на тему «Значение фотосинтеза». Основные выводы сообщения: фотосинтез является фундаментальным процессом для жизни на Земле, поскольку он 1) создает органические вещества, являющиеся основой пищевых цепей; 2) обеспечивает атмосферу кислородом для дыхания и регулирует содержание углекислого газа, влияя на климат; 3) привел к формированию ископаемых источников энергии; 4) способствовал созданию озонового экрана, защищающего все живое от ультрафиолетового излучения.

1. Почему в алюминиевой посуде нельзя хранить щелочные или кислые растворы?

Решение

В алюминиевой посуде не рекомендуется хранить щелочные или кислые растворы из-за химических свойств алюминия и его оксида. Алюминий — активный металл, который на воздухе покрывается тонкой, но очень прочной защитной пленкой оксида алюминия ($Al_2O_3$). Эта пленка инертна ко многим веществам, например, к воде, и защищает металл от коррозии в нейтральной среде.

Однако эта оксидная пленка обладает амфотерными свойствами, то есть она способна реагировать как с кислотами, так и со щелочами, растворяясь в них. Это и является основной причиной, почему кислые и щелочные продукты нельзя хранить в алюминиевой посуде.

Взаимодействие с кислотами

Кислые среды (например, маринады, томатный соус, кислые щи или компоты) разрушают защитную оксидную пленку:

$Al_2O_3 + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2O$

После того как пленка растворена, кислота начинает реагировать непосредственно с алюминием. В результате посуда разрушается, а в пищу переходят ионы алюминия, что изменяет вкус продуктов и может быть небезопасным для здоровья. Реакция сопровождается выделением водорода:

$2Al + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow$

Пример реакции с соляной кислотой:

$2Al(тв) + 6HCl(р-р) \rightarrow 2AlCl_3(р-р) + 3H_2(г)\uparrow$

Взаимодействие со щелочами

Щелочные растворы (например, растворы пищевой соды, некоторые моющие средства) также эффективно растворяют амфотерную оксидную пленку, образуя растворимые комплексные соли — тетрагидроксоалюминаты:

$Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$

После разрушения защитного слоя, щелочь начинает активно взаимодействовать с самим металлом:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$

Этот процесс также приводит к разрушению посуды и попаданию соединений алюминия в её содержимое.

Ответ: В алюминиевой посуде нельзя хранить щелочные или кислые растворы, так как оксид алюминия ($Al_2O_3$), покрывающий поверхность посуды защитной пленкой, является амфотерным. Он растворяется как в кислотах, так и в щелочах. В результате чего обнажается чистый алюминий, который активно реагирует с содержимым, приводя к разрушению посуды и попаданию в пищу соединений алюминия, что нежелательно и потенциально небезопасно для здоровья.

2. Какое соединение алюминия могло послужить материалом для гиперболоида из романа А. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина»?

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать описание самого аппарата, данное в романе А. Н. Толстого, и сопоставить его с реальными свойствами соединений алюминия. Гиперболоид инженера Гарина — это, по сути, мощный тепловой излучатель, ключевым элементом которого являются зеркала, способные фокусировать энергию и выдерживать при этом экстремально высокие температуры.

В тексте романа есть прямое указание на состав материала, из которого сделано главное зеркало: «Это спрессованный порошок из алюминия и некоторых веществ, входящих в состав шпинели…». Это позволяет сделать вывод о двух возможных кандидатах.

Первый и наиболее очевидный кандидат, прямо упомянутый в книге, — это шпинель. Шпинель — это минерал, по химическому составу являющийся алюминатом магния с формулой $MgAl_2O_4$. Это соединение алюминия, отличающееся высокой твёрдостью и тугоплавкостью (температура плавления около 2135 °C). В романе описывается композитный материал (кермет), где тугоплавкая керамическая матрица из шпинели усилена частицами алюминия для придания ей высокой отражающей способности. Такой материал теоретически мог бы выполнять функции, описанные в книге.

Второй возможный кандидат — это оксид алюминия ($Al_2O_3$), также известный как корунд. Хотя он и не упоминается в романе напрямую, его свойства делают его идеальным материалом для подобного устройства. Оксид алюминия — одно из самых известных тугоплавких соединений, его температура плавления составляет около 2072 °C. Его монокристаллические формы (сапфир и рубин) обладают исключительной твёрдостью, прозрачностью и термостойкостью, что делает их незаменимыми в современной лазерной технике и оптоэлектронике. Полированная подложка из сапфира с нанесённым отражающим покрытием могла бы служить основой для зеркала гиперболоида.

Таким образом, фраза «могло послужить» в вопросе позволяет рассматривать не только прямо указанное в тексте вещество, но и другие соединения алюминия с подходящими физическими свойствами.

Ответ: Соединением алюминия, которое могло послужить материалом для гиперболоида, является, согласно тексту романа, шпинель (алюминат магния, $MgAl_2O_4$), предположительно в виде композита с алюминием. С точки зрения физических свойств, прекрасным кандидатом также является оксид алюминия ($Al_2O_3$, корунд).

3. Какую химическую реакцию положил в основу рассказа «Бенгальские огни» его автор Н. Носов?

В основу своего рассказа «Бенгальские огни» писатель Николай Носов положил классическую пиротехническую окислительно-восстановительную реакцию. Герои рассказа, Мишка и Коля, находят в книге по занимательной химии рецепт и пытаются самостоятельно изготовить бенгальские огни.

Состав смеси, которую они готовили, включал следующие компоненты:

• Бертолетова соль (хлорат калия, $KClO_3$): Это сильный окислитель. При нагревании или трении она разлагается с выделением большого количества кислорода, который необходим для горения.
• Сера ($S$): Это горючее вещество (восстановитель). Она легко воспламеняется и горит, вступая в реакцию с кислородом.
• Сахар (сахароза, $C_{12}H_{22}O_{11}$): Также является горючим веществом (восстановителем), которое обеспечивает энергию для реакции и способствует яркому горению.

Суть химической реакции заключается в быстром окислении горючих веществ (серы и сахара) кислородом, который выделяется при разложении бертолетовой соли. Этот процесс является экзотермическим, то есть протекает с выделением большого количества тепла и света, что и создает эффект бенгальского огня.

Основные химические процессы, происходящие при горении этой смеси, можно описать следующими уравнениями:

1. Разложение бертолетовой соли (хлората калия) с выделением кислорода:

$2KClO_3(тв) \rightarrow 2KCl(тв) + 3O_2(г)$

2. Окисление (горение) серы и сахара выделяющимся кислородом:

$S(тв) + O_2(г) \rightarrow SO_2(г)$

$C_{12}H_{22}O_{11}(тв) + 12O_2(г) \rightarrow 12CO_2(г) + 11H_2O(г)$

В рассказе также подчёркивается опасность этой смеси: её компоненты нельзя измельчать вместе из-за риска взрыва от трения. Это является важной деталью, отражающей реальные свойства подобных пиротехнических составов.

Ответ:

в основу рассказа Н. Носова «Бенгальские огни» положена окислительно-восстановительная реакция горения смеси, состоящей из сильного окислителя — бертолетовой соли (хлората калия, $KClO_3$) — и горючих веществ (восстановителей) — серы ($S$) и сахара ($C_{12}H_{22}O_{11}$).

4. На каких физических и химических свойствах основано применение в технике алюминия и его сплавов?

Применение алюминия и его сплавов в технике основано на уникальном сочетании их физических и химических свойств, которое делает их незаменимыми во многих отраслях, от авиакосмической до пищевой промышленности. Ключевыми являются следующие свойства.

• Малая плотность (лёгкость). Плотность алюминия составляет около $2.7 \text{ г/см}^3$, что примерно в три раза меньше плотности стали. Это свойство является ключевым для авиа- и ракетостроения, автомобилестроения (детали кузова, двигатели, диски), судостроения и производства высокоскоростных поездов, где снижение массы конструкции ведет к экономии топлива и увеличению полезной нагрузки.
• Высокая удельная прочность (особенно у сплавов). Чистый алюминий достаточно мягок, но его сплавы с медью, магнием, кремнием, цинком (например, дюралюминий) обладают высокой прочностью при сохранении низкой массы. Это позволяет использовать их для создания легких и прочных несущих конструкций в самолетах, автомобилях, а также в строительстве (оконные рамы, фасады зданий).
• Высокая теплопроводность. Алюминий отлично проводит тепло. Это свойство используется при производстве радиаторов охлаждения (в автомобилях, для электронных компонентов), теплообменников, а также кухонной посуды (кастрюль, сковородок).
• Высокая электропроводность. Уступая меди по проводимости в расчете на объем, алюминий превосходит ее в расчете на единицу массы (при одинаковом весе алюминиевый проводник проводит вдвое больше тока). Поэтому он широко применяется для изготовления проводов высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП), где важна минимизация веса.
• Пластичность и ковкость. Алюминий легко поддается обработке давлением: прокатке, прессованию, волочению, штамповке. Это позволяет производить из него изделия сложной формы: тонкую фольгу для упаковки, профили для окон и дверей, листы для кузовов и корпусов, а также банки для напитков.
• Высокая отражательная способность. Алюминий хорошо отражает как видимый свет, так и тепловое излучение. Это свойство используется в производстве зеркал (в том числе для телескопов), отражателей, теплоизоляционных материалов и спасательных одеял.
• Немагнитность. Алюминий не притягивается магнитом, что важно для приборостроения и производства корпусов электронного оборудования, где необходимо избегать магнитных помех.

• Коррозионная стойкость. Это одно из важнейших химических свойств. Будучи активным металлом, алюминий на воздухе мгновенно покрывается тонкой, но очень прочной и химически инертной оксидной пленкой ($Al_2O_3$). Эта пленка защищает металл от дальнейшего окисления и воздействия многих агрессивных сред, в том числе воды. Реакция образования пленки: $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$. Благодаря этому свойству алюминий и его сплавы используются для изготовления конструкций, работающих на открытом воздухе (фасады, кровля), в контакте с водой (корпуса лодок) и пищевыми продуктами (посуда, упаковка).
• Сильные восстановительные свойства. Алюминий является сильным восстановителем, что используется в металлургии. В процессе алюминотермии он восстанавливает многие металлы из их оксидов. Этот процесс экзотермичен и применяется для сварки массивных деталей (например, рельсов) и получения некоторых металлов (хрома, марганца). Пример реакции: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3 + \text{тепло}$. Также алюминий используют в качестве раскислителя при выплавке стали.
• Нетоксичность. Алюминий и его сплавы нетоксичны. Это позволяет широко применять его в пищевой промышленности для упаковки продуктов и напитков (фольга, банки), в производстве кухонной утвари и в медицине.

Ответ: Применение алюминия и его сплавов в технике основано на комплексе уникальных свойств: физических — малая плотность в сочетании с высокой прочностью сплавов, высокая электро- и теплопроводность, пластичность; и химических — высокая коррозионная стойкость благодаря образованию защитной оксидной пленки, а также его сильные восстановительные свойства и нетоксичность.

5. Напишите в ионном виде уравнения реакций между растворами сульфата алюминия и гидроксида калия при недостатке и избытке последнего.

Решение

Реакция между растворами сульфата алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) и гидроксида калия ($KOH$) протекает по-разному в зависимости от соотношения реагентов. Это связано с тем, что образующийся в реакции гидроксид алюминия ($Al(OH)_3$) является амфотерным, то есть он способен реагировать как с кислотами, так и с избытком щелочи.

При недостатке гидроксида калия

В этом случае протекает реакция ионного обмена, в результате которой образуется нерастворимый осадок гидроксида алюминия ($Al(OH)_3$) белого цвета и растворимая соль сульфат калия ($K_2SO_4$).

Молекулярное уравнение реакции:
$Al_2(SO_4)_3 + 6KOH \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3K_2SO_4$

Полное ионное уравнение (все сильные электролиты в растворе записываются в виде ионов, а осадок — в молекулярном виде):
$2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6K^+ + 6OH^- \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 6K^+ + 3SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение (получается путем исключения одинаковых ионов (ионов-наблюдателей) из обеих частей полного ионного уравнения):
$Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow$

Ответ:
Полное ионное уравнение: $2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6K^+ + 6OH^- \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 6K^+ + 3SO_4^{2-}$
Сокращенное ионное уравнение: $Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow$

При избытке гидроксида калия

Если гидроксид калия находится в избытке, то первоначально выпавший осадок гидроксида алюминия растворяется. Это происходит из-за реакции амфотерного гидроксида с избытком щелочи, в результате чего образуется растворимое комплексное соединение — тетрагидроксоалюминат калия ($K[Al(OH)_4]$).

Суммарное молекулярное уравнение реакции:
$Al_2(SO_4)_3 + 8KOH \rightarrow 2K[Al(OH)_4] + 3K_2SO_4$

Полное ионное уравнение:
$2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 8K^+ + 8OH^- \rightarrow 2K^+ + 2[Al(OH)_4]^- + 6K^+ + 3SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:
$Al^{3+} + 4OH^- \rightarrow [Al(OH)_4]^-$

Ответ:
Полное ионное уравнение: $2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 8K^+ + 8OH^- \rightarrow 2K^+ + 2[Al(OH)_4]^- + 6K^+ + 3SO_4^{2-}$
Сокращенное ионное уравнение: $Al^{3+} + 4OH^- \rightarrow [Al(OH)_4]^-$

6. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

$Al \xrightarrow{1} AlCl_3 \xrightarrow{2} Al(OH)_3 \xrightarrow{3} Al_2O_3 \xrightarrow{4} Na[Al(OH)_4] \xrightarrow{5} Al_2(SO_4)_3 \xrightarrow{6} Al(OH)_3 \xrightarrow{7} AlCl_3 \xrightarrow{8} Na[Al(OH)_4].$

Реакции, идущие с участием электролитов, запишите в ионной форме. Первую реакцию рассмотрите как окислительно-восстановительный процесс.

1. $Al \rightarrow AlCl_3$

Для получения хлорида алюминия из металлического алюминия можно использовать реакцию с хлором или соляной кислотой. Так как в задании требуется рассмотреть реакцию как окислительно-восстановительный процесс, реакция с соляной кислотой является хорошим примером.

Молекулярное уравнение:

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

Рассмотрим эту реакцию как ОВР (окислительно-восстановительный процесс):

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 (алюминий - восстановитель, процесс окисления)

$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 3 (ионы водорода - окислитель, процесс восстановления)

Полное ионное уравнение:

$2Al^0 + 6H^+ + 6Cl^- \rightarrow 2Al^{3+} + 6Cl^- + 3H_2^0\uparrow$

Сокращенное ионное уравнение:

$2Al + 6H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 3H_2\uparrow$

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

2. $AlCl_3 \rightarrow Al(OH)_3$

Для получения гидроксида алюминия, который является нерастворимым основанием, к раствору соли алюминия нужно добавить щелочь. Важно не добавлять избыток сильной щелочи, так как гидроксид алюминия амфотерен и растворится. Можно использовать раствор аммиака или аккуратно добавить раствор гидроксида натрия.

Молекулярное уравнение:

$AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

Полное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 3Cl^- + 3Na^+ + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3Na^+ + 3Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 3OH^- \rightarrow Al(OH)_3\downarrow$

Ответ: $AlCl_3 + 3NaOH \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NaCl$

3. $Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3$

Оксид алюминия можно получить термическим разложением гидроксида алюминия при нагревании.

Молекулярное уравнение:

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

Реакция не является ионной, так как протекает без участия электролитов в растворе.

Ответ: $2Al(OH)_3 \xrightarrow{t^\circ} Al_2O_3 + 3H_2O$

4. $Al_2O_3 \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Оксид алюминия проявляет амфотерные свойства и реагирует с концентрированными растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов (тетрагидроксоалюминатов).

Молекулярное уравнение:

$Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$

Полное ионное уравнение:

$Al_2O_3(s) + 2Na^+ + 2OH^- + 3H_2O \rightarrow 2Na^+ + 2[Al(OH)_4]^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al_2O_3(s) + 2OH^- + 3H_2O \rightarrow 2[Al(OH)_4]^-$

Ответ: $Al_2O_3 + 2NaOH + 3H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4]$

5. $Na[Al(OH)_4] \rightarrow Al_2(SO_4)_3$

Для перехода от гидроксокомплекса к соли необходимо добавить избыток сильной кислоты. В данном случае — серной кислоты. Кислота сначала разрушит комплекс с образованием осадка гидроксида алюминия, а затем растворит этот осадок, образуя сульфат алюминия.

Молекулярное уравнение:

$2Na[Al(OH)_4] + 4H_2SO_4(изб.) \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 8H_2O$

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + 2[Al(OH)_4]^- + 8H^+ + 4SO_4^{2-} \rightarrow 2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 2Na^+ + SO_4^{2-} + 8H_2O$

Сокращенное ионное уравнение (после сокращения подобных ионов):

$2[Al(OH)_4]^- + 8H^+ \rightarrow 2Al^{3+} + 8H_2O$

Или, разделив коэффициенты на 2:

$[Al(OH)_4]^- + 4H^+ \rightarrow Al^{3+} + 4H_2O$

Ответ: $2Na[Al(OH)_4] + 4H_2SO_4 \rightarrow Al_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + 8H_2O$

6. $Al_2(SO_4)_3 \rightarrow Al(OH)_3$

Эта реакция аналогична реакции 2. Для осаждения гидроксида алюминия из раствора его соли можно использовать слабое основание, например, водный раствор аммиака, чтобы избежать растворения амфотерного осадка в избытке реагента.

Молекулярное уравнение:

$Al_2(SO_4)_3 + 6(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3(NH_4)_2SO_4$

Полное ионное уравнение:

$2Al^{3+} + 3SO_4^{2-} + 6NH_3 \cdot H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 6NH_4^+ + 3SO_4^{2-}$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 3NH_3 \cdot H_2O \rightarrow Al(OH)_3\downarrow + 3NH_4^+$

Ответ: $Al_2(SO_4)_3 + 6(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow 2Al(OH)_3\downarrow + 3(NH_4)_2SO_4$

7. $Al(OH)_3 \rightarrow AlCl_3$

Гидроксид алюминия, будучи амфотерным, реагирует с сильными кислотами с образованием соли и воды. Для получения хлорида алюминия используем соляную кислоту.

Молекулярное уравнение:

$Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

Полное ионное уравнение:

$Al(OH)_3(s) + 3H^+ + 3Cl^- \rightarrow Al^{3+} + 3Cl^- + 3H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al(OH)_3(s) + 3H^+ \rightarrow Al^{3+} + 3H_2O$

Ответ: $Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O$

8. $AlCl_3 \rightarrow Na[Al(OH)_4]$

Чтобы из соли алюминия получить гидроксокомплекс, необходимо добавить избыток сильной щелочи. Сначала образуется осадок гидроксида алюминия, который затем растворяется в избытке щелочи, образуя комплексную соль.

Молекулярное уравнение:

$AlCl_3 + 4NaOH(изб.) \rightarrow Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$

Полное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 3Cl^- + 4Na^+ + 4OH^- \rightarrow Na^+ + [Al(OH)_4]^- + 3Na^+ + 3Cl^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Al^{3+} + 4OH^- \rightarrow [Al(OH)_4]^-$

Ответ: $AlCl_3 + 4NaOH \rightarrow Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$

7. Вычислите объём водорода (н. у.), который может быть получен при растворении в едком натре 270 мг сплава алюминия, содержащего 5% меди. Выход водорода примите равным 85% от теоретически возможного.

Дано:

$m_{сплава} = 270 \text{ мг}$
$\omega(Cu) = 5\%$
$\eta(H_2) = 85\%$

Перевод в единицы СИ и безразмерные величины:
$m_{сплава} = 270 \times 10^{-3} \text{ г} = 0.270 \text{ г}$
$\omega(Cu) = 0.05$
$\eta(H_2) = 0.85$

Найти:

$V_{практ}(H_2)$ — ?

Решение:

При растворении сплава алюминия и меди в едком натре (растворе $NaOH$) в реакцию вступает только алюминий, так как он является амфотерным металлом. Медь с растворами щелочей не взаимодействует.

Уравнение реакции алюминия с водным раствором гидроксида натрия:

$2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$

1. Рассчитаем массу чистого алюминия в сплаве. Массовая доля алюминия составляет:

$\omega(Al) = 100\% - \omega(Cu) = 100\% - 5\% = 95\%$, или в долях $0.95$.

Масса алюминия:

$m(Al) = m_{сплава} \times \omega(Al) = 0.270 \text{ г} \times 0.95 = 0.2565 \text{ г}$

2. Найдем количество вещества (моль) алюминия, вступившего в реакцию. Молярная масса алюминия $M(Al) \approx 27 \text{ г/моль}$.

$n(Al) = \frac{m(Al)}{M(Al)} = \frac{0.2565 \text{ г}}{27 \text{ г/моль}} = 0.0095 \text{ моль}$

3. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества водорода. Из стехиометрии реакции видно, что из 2 моль алюминия образуется 3 моль водорода.

$n_{теор}(H_2) = \frac{3}{2} n(Al) = 1.5 \times 0.0095 \text{ моль} = 0.01425 \text{ моль}$

4. Вычислим теоретически возможный объем водорода при нормальных условиях (н. у.). Молярный объем идеального газа при н. у. равен $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$.

$V_{теор}(H_2) = n_{теор}(H_2) \times V_m = 0.01425 \text{ моль} \times 22.4 \text{ л/моль} = 0.3192 \text{ л}$

5. Рассчитаем практический объем водорода, который может быть получен, с учетом выхода реакции, составляющего 85%.

$V_{практ}(H_2) = V_{теор}(H_2) \times \eta(H_2) = 0.3192 \text{ л} \times 0.85 = 0.27132 \text{ л}$

Округляя результат до трех значащих цифр, получаем $0.271 \text{ л}$ или $271 \text{ мл}$.

Ответ: объем водорода, который может быть получен, равен $0.271 \text{ л}$ (или $271 \text{ мл}$).

8. Напишите сочинение на тему «Художественный образ вещества или химического процесса», используя свои знания по химии алюминия.

В огромном царстве элементов, где каждый обладает своим нравом и судьбой, живет Алюминий — металл с душой поэта и сердцем воина. С виду он скромен и прост: легкий, серебристо-белый, он не гонится за блеском золота или благородством платины. Его мечта — небо. Недаром его прозвали «крылатым металлом», ведь именно он поднимает ввысь многотонные самолеты, воплощая в реальность дерзкую мечту человека о полете.

Но за этой легкостью и видимой простотой скрывается бурный темперамент. Алюминий — один из самых активных металлов, готовый вступить в реакцию с миром в одно мгновение. Почему же тогда он так стоически переносит капризы погоды, не поддаваясь ржавчине, как его сосед по цеху — железо? Секрет в его невидимой кольчуге. Едва соприкоснувшись с воздухом, он мгновенно покрывается тончайшей, но необычайно прочной пленкой своего оксида, $Al_2O_3$. Эта прозрачная броня, словно магический щит, надежно защищает его от дальнейших атак, даруя ему долговечность и стойкость. Он — молчаливый защитник, чья сила не в агрессии, а в мудрой и своевременной самозащите.

Характер Алюминия двойственен, он — истинный дипломат в мире химических превращений. Это свойство называется амфотерностью. Он находит общий язык с противоположностями. Встретив на своем пути едкую, шипящую кислоту, он не вступает в бессмысленную вражду, а ведет сложный диалог, в результате которого рождается соль и устремляется ввысь легкий водород: $2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2\uparrow$. Но с не меньшей легкостью он находит взаимопонимание и с грозными щелочами, которые бессильны против многих других металлов. В их объятиях он преобразуется в комплексное соединение, вновь выпуская на свободу пузырьки водорода: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2\uparrow$. Эта способность договариваться с заклятыми врагами — кислотами и щелочами — делает его уникальным и поистине универсальным элементом.

Однако в его серебристой душе дремлет первозданная огненная мощь. И стоит лишь создать условия, как этот огонь вырывается наружу. Этот процесс носит имя «алюминотермия». Представьте себе тончайшую алюминиевую пудру, смешанную с обыкновенной ржавчиной — оксидом железа. Короткая вспышка, словно искра, зажигающая фитиль, — и начинается настоящее извержение вулкана в миниатюре. С оглушительным шипением, разбрасывая снопы ослепительно-белых искр, Алюминий яростно отбирает кислород у железа: $2Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2Fe$. В этом огненном танце он жертвует собой, превращаясь в тугоплавкий оксид, но при этом дарует свободу другому металлу, выплавляя из руды капли чистого, раскаленного добела железа. Это величественное и грозное зрелище — апофеоз его скрытой силы, демонстрация его пламенного сердца.

Так кто же он, этот тринадцатый элемент таблицы Менделеева? Легкий мечтатель в серебряных доспехах, мудрый дипломат, способный примирить непримиримое, или яростный воин, в чьих жилах течет расплавленный огонь? Алюминий — это все сразу. Его сложный и многогранный образ учит нас тому, что за внешней простотой может скрываться невероятная сила, стойкость и даже самопожертвование. От скромной кухонной фольги до могучих крыльев авиалайнера — он повсюду служит человеку, каждый раз раскрывая новую грань своего удивительного химического характера.

Ответ: Художественный образ алюминия, представленный в сочинении, раскрывается через его ключевые химические свойства: пассивацию (образ воина в невидимой броне), амфотерность (образ дипломата) и алюминотермию (образ героя со скрытой огненной мощью). Эти свойства делают его «крылатым металлом», незаменимым для человечества.