Алюминий, олово, свинец
Теоретическое введение
Алюминий, олово, свинец – элементы главных подгрупп III и IV
групп. Относятся к р-металлам.
На внешнем энергетическом уровне у атомов алюминия находится три
электрона (3s23p1),
поэтому в большинстве соединений он проявляет степень окисления +3.
На воздухе алюминий покрывается очень прочной тончайшей оксидной
пленкой, которая определяет его высокую коррозионную стойкость:
4А1 + 3О2
= 2А12О3.
При действии на алюминий водных растворов щелочей слой оксида
растворяется: Al2O3 +
2NaOH + 3H2O = 2Na[Al(OH)4], алюминий, лишенный защитной пленки,
взаимодействует с водой: Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3Н2↑.
Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют алюминий,
особенно при нагревании. В концентрированных азотной и серной кислотах, а
также в сильно разбавленной азотной кислоте алюминий устойчив, так как эти
кислоты пассивируют алюминий, упрочняя защитную оксидную пленку на его
поверхности.
Алюминий легко растворяется в растворах щелочей с образованием гидроксоалюминатов
и водорода:
2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2↑.
Гидроксид алюминия Al(OH)3 получается действием
щелочи на раствор соли и, как амфотерный гидроксид, легко растворяется в
избытке щелочи с образованием гидроксоалюмината, так и сильных кислотах, давая
соли алюминия.
Атомы олова и свинца на внешнем энергетическом уровне
имеют по 4 электрона (ns2р2). Поэтому характерные
степени окисления олова и свинца +2 и +4. Для олова наиболее устойчивыми
являются соединения со степенью окисления +4. Поэтому соединения Sn (II)
являются восстановителями. Для свинца, наоборот, наиболее типичны соединения со
степенью окисления +2. Вследствие этого соединения Pb (IV) проявляют себя как
окислители.
В обычных условиях олово устойчиво по отношению к воздуху и
воде, свинец на воздухе окисляется, покрываясь синевато-серой пленкой:
Pb + O2 + CO2 = PbO∙PbCO3
В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно
перед водородом. В разбавленных HCl и H2SO4 олово
растворяется очень медленно с образованием Sn2+ и выделением
водорода, а свинец в этих кислотах почти не растворяется, так как покрывается
нерастворимыми продуктами окисления PbCl2 и PbSO4. В
концентрированной HCl эти металлы растворяются с образованием хлорокомплексов:
М + 4HCl (конц.) = Н2[MCl4] + H2↑.
Концентрированная H2SO4 окисляет олово до
Sn(SO4)2, а свинец до Pb(HSO4)2; Н2SO4
при этом восстанавливается до SO2. Разбавленной HNO3
олово и свинец окисляются до нитратов М(NO3)2,
восстанавливая HNO3 до NO: 3М + 8HNO3 (разб.) = 3М(NO3)2
+ 2NO + 4Н2О
Концентрированная HNO3 переводит олово в оловянную
кислоту H2SnO3, а свинец – в соль Pb(NO3)2,
HNO3 восстанавливается до NO2.
При нагревании оба металла растворяются в водных растворах щелочей:
М + 2NaOH + 2H2O
= Na2[M(OH)4] + H2↑.
Олово и свинец образуют нерастворимые в воде оксиды: SnO, PbO и
SnO2, PbO2. Этим оксидам соответствуют гидроксиды,
обладающие амфотерными свойствами. В гидроксидах олова (II) и свинца (II)
преобладают основные свойства, а в гидроксидах олова (IV) и свинца (IV) –
кислотные.
Задачи и упражнения для самостоятельного решения
1. Составить
уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих
превращений:
Al →
Al2(SO4)3 → Al(OH)3 → К[Al(OH)4]
→ Al(NO3)3.
2. Чем можно
объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные
свойства соединений свинца (IV)? Закончить уравнения реакций: а) SnCl2
+ HgCl2 = …; б) KCrO2 + PbO2 + KOH =
K2CrO4 + ….
3. Какие оксиды и
гидроксиды образует олово? Как изменяются их кислотно-основные свойства в
зависимости от степени окисления Sn? Закончить уравнения реакций: а) SnO2
+ KOH = …; б) SnO + H2SO4 = …;
в) Sn(OH)2 + NaOH = ….
4. При сжигании 18 г
алюминия в кислороде выделилось 558 кДж теплоты. Определить энтальпию
образования Al2O3. (Ответ: −1674 кДж/моль).
5. Закончить
уравнения окислительно-восстановительных реакций:
а) PbO2 + Cr(NO3)3
+ NaOH = Na2CrO4 + …; б) SnCl2
+ FeCl3 = ….
6. Написать уравнения
реакций взаимодействия металлов с кислотами:
а) Sn + H2SO4 (разб.) = …; б)
Pb + HNO3 (конц.) = …;
в) Sn + HNO3 (конц.) = ….
7. Закончить в
молекулярном и ионном виде уравнения реакций гидролиза солей: а) AlCl3
+ H2O ↔ …; б) SnSO4 + H2O
↔ …;
в) Pb(NO3)2 + H2O ↔ ….
8. Какие оксиды и
гидроксиды образует свинец? Как изменяются их кислотно-основные и
окислительно-восстановительные свойства в зависимости от степени окисления
свинца? Закончить уравнения реакций:
а) PbO2 + NaOH = …; б) PbO + HNO3 = …; в)
Pb(OH)2 + KOH = ….
9. Закончить уравнения
реакций: а) Al + HCl = …; б) Sn + HNO3 (разб.) = …; в) Pb + HNO3
(разб.) = …; г) Al + KOH + H2O = ….
10. Как можно
получить α-оловянную кислоту, а затем перевести ее в раствор? Написать
соответствующие уравнения реакций.
11. При электролизе
водного раствора SnCl2 на аноде выделилось 4,48 л хлора (условия нормальные).
Найти массу выделившегося на катоде олова.
(Ответ: 23,7 г)
12. Каким образом
можно перевести в раствор металлический свинец? Составить соответствующие
уравнения реакций.
13. Составить схемы
электролиза водного раствора Pb(NO3)2, если:
а) анод свинцовый; б) анод угольный.
14. Как можно
перевести в раствор металлическое олово? Составить соответствующие уравнения
реакций.
15. К раствору,
содержащему SnSO4 и Pb(NO3)2, прибавили
избыток раствора КОН. Составить молекулярные и ионные уравнения происходящих
при этом реакций.
16. Как можно
перевести в раствор металлический алюминий? Составить соответствующие уравнения
реакций.
17. Закончить
уравнения реакций:
а) SnCl2 + KMnO4
+ H2SO4 = Sn(SO4)2 + …;
б) PbO2 + Na3CrO3 + NaOH = ….
18. Закончить
уравнения реакций:
а) Al + KMnO4 + H2SO4 = …;
б) AlCl3 + Na2CO3 + H2O = ….
образованием гидроксоалюмината, так и сильных
кислотах, давая соли алюминия.
Атомы олова и свинца на внешнем энергетическом уровне имеют по 4
электрона (ns2р2). Поэтому характерные
степени окисления олова и свинца +2 и +4. Для олова наиболее устойчивыми
являются соединения со степенью окисления +4. Поэтому соединения Sn (II)
являются восстановителями. Для свинца, наоборот, наиболее типичны соединения со
степенью окисления +2. Вследствие этого соединения Pb (IV) проявляют себя как
окислители.
В обычных условиях олово устойчиво по отношению к воздуху и воде,
свинец на воздухе окисляется, покрываясь синевато-серой пленкой:
Pb + O2 + CO2 = PbO∙PbCO3
В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно перед
водородом. В разбавленных HCl и H2SO4
олово растворяется очень медленно
с образованием Sn2+ и выделением водорода, а свинец в этих
кислотах почти не растворяется, так как покрывается нерастворимыми продуктами
окисления PbCl2 и PbSO4. В концентрированной HCl
эти металлы растворяются с образованием хлорокомплексов:
М + 4HCl (конц.) = Н2[MCl4] + H2↑.
Концентрированная H2SO4
окисляет олово до Sn(SO4)2,
а свинец до Pb(HSO4)2; Н2SO4
при этом восстанавливается до SO2.
Разбавленной HNO3 олово и свинец окисляются до нитратов М(NO3)2,
восстанавливая HNO3 до NO:
3М + 8HNO3 (разб.) = 3М(NO3)2
+ 2NO + 4Н2О
Концентрированная HNO3 переводит олово в оловянную кислоту H2SnO3,
а свинец – в соль Pb(NO3)2, HNO3 восстанавливается до NO2.
При нагревании оба металла растворяются в водных растворах щелочей:
М + 2NaOH + 2H2O = Na2[M(OH)4] + H2↑.
Олово и свинец
образуют нерастворимые в воде оксиды: SnO, PbO и SnO2,
PbO2. Этим оксидам
соответствуют гидроксиды, обладающие амфотерными свойствами. В гидроксидах
олова (II) и свинца (II) преобладают основные свойства, а в гидроксидах олова
(IV) и свинца (IV) – кислотные.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.