Алюминий — ковкий, легкий серебристо-белый металл, хороший проводник электричества. Соединение алюминия с кислотой приводит к типичной реакции с образованием соли алюминия и газообразного водорода.
Алюминий реагирует с разбавленной соляной кислотой при комнатной температуре, образуя хлорид алюминия и бесцветный газообразный водород. Эта реакция необратима, поскольку конечные продукты не вступают в реакцию друг с другом. Алюминий действует как восстановитель и высвобождает электроны:
Al⁰ — 3e = Al³⁺
Катионы соляной кислоты принимают эти электроны и восстанавливаются до молекулярного водорода:
2H⁺ + 2e = H₂ ↑
Полное уравнение ионной реакции:
2Al⁰ + 6H⁺ + 6Cl⁻ = 2Al³⁺ + 6Cl⁻ + 3H₂ ↑
Чистая форма иона:
2Al⁰ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂ ↑
В молекулярном виде реакция выглядит так:
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑
Металлический алюминий — не единственное вещество, которое может реагировать с соляной кислотой — этим свойством обладают многие соединения металлов. С солями происходит обменная реакция, когда ионы или реактивные группы обоих реагентов «меняют свое положение». Чтобы реакция с алюминием или его соединениями была необратимой, реагенты должны образовывать газ, осадок или труднорастворимое вещество. Требуемые количества реагентов должны быть точно рассчитаны.
Реакции гидроксидов и оксидов алюминия с соляной кислотой
Al (OH)₃ представляет собой амфотерное основание, белый гелеобразный осадок, который плохо растворяется в воде.
Гидроксид алюминия вступает в реакцию нейтрализации соляной кислотой:
Al (OH) ₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O
Вы можете наблюдать растворение белого осадка гидроксида алюминия (хлорид алюминия AlCl₃ хорошо растворяется в воде). С оксидом алюминия реакция приводит к образованию соли и воды в соответствии со следующим уравнением:
Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O
Реакции солей, гидридов и комплексов алюминия с соляной кислотой
Соляная кислота также реагирует со многими другими соединениями алюминия.
С карбидом алюминия
Al₄C₃ + 12HCl = 4AlCl₃ + 3CH₄ ↑
С ацетатом алюминия
(CH₃COO) ₃Al + 3HCl = AlCl₃ + 3CH₃COOH
С нитридом алюминия
AlN + 4HCl = AlCl₃ + NH₄Cl (используется концентрированная кислота, реакция идет медленно)
С сульфидом алюминия
Al₂S₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂S ↑
С фосфидом алюминия
AlP + 3HCl = AlCl₃ + PH₃ ↑ (используется концентрированная кислота)
С фосфатом алюминия
AlPO₄ + 3HCl = AlCl₃ + H₃PO₄
С алюминатом натрия
NaAlO₂ + 4HCl = NaCl + AlCl₃ + 2H₂O
Сульфаты и нитраты алюминия не вступают в реакцию с соляной кислотой, так как все соединения в смеси растворимы — не образуются осадки, не образуются трудно растворяемые вещества, не выделяется газ.
Как смеси металлов реагируют с соляной кислотой
Когда смесь нескольких металлов обрабатывают соляной кислотой, каждый металл вступает в реакцию отдельно. Например, если вы добавляете HCl в смесь алюминиевой и железной стружки, реакция пойдет следующим образом:
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂ ↑
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂ ↑
Поскольку разбавленная соляная кислота является слабым окислителем, железо восстанавливается только до степени окисления +2.
Продукты реакции алюминия с соляной кислотой и их применение
Почти все реакции соляной кислоты и алюминия (или его соединений) приводят к образованию хлорида алюминия (AlCl₃). Соль хорошо растворяется в органических растворителях (нитробензол, дихлорэтан, ацетон) и воде. Гидролиз AlCl₃ можно наблюдать в водных растворах, поскольку эта соль образуется из сильной кислоты HCl и слабого основания Al (OH).
AlCl₃ используется в качестве катализатора в органическом синтезе. Его используют, например, при изомеризации парафинов, инициировании реакций алкилирования, ацилировании и разложении масла по фракциям. Гексагидрат хлорида алюминия AlCl₃・6H₂O используется для обработки древесных материалов, очистки сточных вод и производства антиперспирантов.
Реакцию алюминия с раствором соляной кислоты можно использовать в качестве лабораторного процесса для получения водорода (но для этих целей чаще используется металлический цинк).
