Реакции гидроксида алюминия
Гидроксид алюминия \(\mathrm{Al(OH)_3}\) — белое малорастворимое вещество, проявляющее амфотерность: он реагирует и с кислотами, и с избытком щелочей. Поэтому при решении заданий важно определить, какая частица образуется в растворе и в каком количестве взяты реагенты.
Состав и амфотерные свойства
Гидроксид алюминия относят к нерастворимым основаниям, однако его свойства шире обычных основных гидроксидов. В реакции с кислотой он ведёт себя как основание, а в реакции со щёлочью — как слабая кислота. Подробнее общий смысл этого свойства разобран на странице амфотерность.
Амфотерность — способность вещества реагировать и с кислотами, и с основаниями. Для \(\mathrm{Al(OH)_3}\) это означает образование соли в кислотной среде и растворимого алюмината в щелочной среде.
В школьных заданиях щелочную форму часто записывают как алюминат: \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\) в растворе или \(\mathrm{NaAlO_2}\) в упрощённой записи. Обе записи отражают растворение гидроксида алюминия в избытке щёлочи, но указывают на разные способы описания состава раствора.
Кислота растворяет \(\mathrm{Al(OH)_3}\) с образованием соли алюминия(III), а щёлочь растворяет его с образованием алюмината.
Реакция с кислотами
С кислотами гидроксид алюминия вступает в обычную реакцию нейтрализации: кислотные частицы связываются с гидроксид-ионами, а образуются вода и соль. Это соответствует общим [[acid-properties:химическим свойствам кислот]] и [[base-properties:химическим свойствам оснований]].
Коэффициенты определяют по зарядам ионов. Ион алюминия имеет заряд \(\mathrm{Al^{3+}}\), поэтому в соли сульфата формула будет \(\mathrm{Al_2(SO_4)_3}\): два катиона \(\mathrm{Al^{3+}}\) и три аниона \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) дают общий заряд 0.
В реакции \(\mathrm{Al(OH)_3}\) с кислотой число молекул кислоты равно числу гидроксогрупп, которые нужно нейтрализовать. Для одной формульной единицы \(\mathrm{Al(OH)_3}\) требуется три иона \(\mathrm{H^+}\).
Реакция со щелочами
В растворе щёлочи гидроксид алюминия растворяется, потому что избыток гидроксид-ионов связывает алюминий в комплексный ион тетрагидроксоалюмината \(\mathrm{[Al(OH)_4]^-}\). Если щёлочь — гидроксид натрия, растворимая соль записывается как \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\).
Обе записи нельзя смешивать в одном уравнении. Если используется формула \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\), вода отдельно не выделяется. Если используется \(\mathrm{NaAlO_2}\), необходимо добавить две молекулы воды.
Какой продукт образуется при растворении \(\mathrm{Al(OH)_3}\) в избытке \(\mathrm{NaOH}\) в водном растворе?
Получение осадка и его растворение
В лабораторных и экзаменационных цепочках часто сначала получают осадок \(\mathrm{Al(OH)_3}\) из растворимой соли алюминия, а затем проверяют его амфотерность. Осадок появляется при добавлении небольшого количества щёлочи к раствору соли алюминия.
При добавлении избытка щёлочи осадок исчезает, так как образуется растворимый алюминат. Поэтому количество щёлочи принципиально важно: недостаток даёт осадок, избыток приводит к его растворению.
Разобранный пример
Через осадок \(\mathrm{Al(OH)_3}\) пропустили избыток раствора \(\mathrm{NaOH}\). Запишите уравнение реакции и объясните, почему осадок исчезает.
Показать краткий ответ Ответ
Осадок исчезает, потому что \(\mathrm{Al(OH)_3}\) растворяется в избытке щёлочи с образованием растворимого комплексного соединения \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\).
1. Записывать реакцию с щёлочью как обычный обмен и получать \(\mathrm{Al(OH)_4}\) без заряда. 2. Забывать, что при избытке щёлочи осадок растворяется. 3. Использовать одновременно записи \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\) и \(\mathrm{NaAlO_2}\) без добавления воды. 4. Ставить коэффициент 2 перед \(\mathrm{Al(OH)_3}\) в реакции с HCl без причины.
Нагревание и связь с другими темами
При нагревании гидроксид алюминия разлагается с образованием оксида алюминия и воды. Это уже не кислотно-основная реакция, а реакция разложения.
Полученный \(\mathrm{Al_2O_3}\) также амфотерен; его реакции собраны на странице [[amphoteric-oxides-reactions:реакции амфотерных оксидов]]. Свойства металла алюминия рассматриваются отдельно на странице [[aluminium-properties:химические свойства алюминия]], а сравнить поведение с цинком можно в материале [[zinc-properties:химические свойства цинка]]. Формулы используемых щелочей удобно повторить по странице [[alkali-formulas:формулы щелочей]].
Быстрая проверка
Главное
- \(\mathrm{Al(OH)_3}\) — амфотерный гидроксид: реагирует и с кислотами, и со щелочами.
- С кислотами образуются соль алюминия(III) и вода: \(\mathrm{Al(OH)_3 + 3HCl \rightarrow AlCl_3 + 3H_2O}\).
- В избытке щёлочи образуется растворимый алюминат: \(\mathrm{Na[Al(OH)_4]}\) или в упрощённой записи \(\mathrm{NaAlO_2}\) и вода.
- При недостатке щёлочи из соли алюминия выпадает осадок \(\mathrm{Al(OH)_3}\), а при избытке щёлочи осадок растворяется.
- При нагревании гидроксид алюминия разлагается: \(\mathrm{2Al(OH)_3 \rightarrow Al_2O_3 + 3H_2O}\).