Номер 4, страница 166 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 46. Алюминий. Подумай, ответь, выполни... - номер 4, страница 166.

Условие.

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

Решение.

Решение 2.

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

Процесс получения алюминия из его хлорида с помощью кальция является примером металлотермии, а именно кальциетермии. Это окислительно-восстановительная реакция замещения, в которой более активный металл (кальций) вытесняет менее активный металл (алюминий) из расплава его соли.

Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2AlCl_3 + 3Ca \rightarrow 3CaCl_2 + 2Al$

Это окислительно-восстановительный процесс, в котором происходит переход электронов. Для наглядности составим схему электронного баланса:

$Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{2+}$ | 3 (процесс окисления)

$Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al^0$ | 2 (процесс восстановления)

В данной реакции кальций ($Ca^0$) является восстановителем, так как он отдает электроны, повышая свою степень окисления. Ион алюминия ($Al^{3+}$) в составе хлорида алюминия является окислителем, так как он принимает электроны, понижая свою степень окисления.

Ответ: Процесс представляет собой окислительно-восстановительную реакцию замещения (кальциетермию), протекающую в расплаве. Уравнение реакции: $2AlCl_3 + 3Ca \rightarrow 3CaCl_2 + 2Al$. Переход электронов: атом кальция ($Ca^0$) отдает 2 электрона, являясь восстановителем, а ион алюминия ($Al^{3+}$) принимает 3 электрона, являясь окислителем.

Почему эту реакцию нельзя проводить в водном растворе?

Проведение данной реакции в водном растворе невозможно по двум ключевым причинам, связанным с взаимодействием исходных веществ с водой:

1. Кальций — это активный щелочноземельный металл, который бурно реагирует с водой, вытесняя из нее водород. Эта реакция будет протекать преимущественно, не давая кальцию прореагировать с хлоридом алюминия.

   $Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$

2. Хлорид алюминия ($AlCl_3$) — соль, образованная слабым основанием ($Al(OH)_3$) и сильной кислотой (HCl). В водном растворе она подвергается полному и необратимому гидролизу, особенно при попытке нагреть раствор для ускорения реакции. В результате образуется нерастворимый гидроксид алюминия.

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

Таким образом, в водном растворе реагенты будут взаимодействовать с водой, а не друг с другом. Вместо получения металлического алюминия будут образовываться гидроксид кальция, водород и гидроксид алюминия.

Ответ: Эту реакцию нельзя проводить в водном растворе, потому что кальций будет реагировать с водой ($Ca + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + H_2 \uparrow$), а хлорид алюминия подвергнется полному гидролизу ($AlCl_3 + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 \downarrow + 3HCl$), что делает протекание целевой реакции невозможным.