Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ, стр. 11
Применяется в производстве стекла, белильной извести, известковых минеральных удобрений, для каустификации соды и умягчения пресной воды, а также для приготовления известковых строительных растворов – тестообразных смесей (песок + гашёная известь + вода), служащих связующим материалом для каменной и кирпичной кладки, отделки (оштукатуривания) стен и других строительных целей. Отвердевание («схватывание») таких растворов обусловлено поглощением углекислого газа из воздуха.
Уравнения важнейших реакций:
ПолучениеСа(ОН) 2в промышленности– гашение извести СаО (см. выше).
5.4. Жёсткость воды
Природная вода, проходя через известковые горные породы и почвы, обогащается солями кальция и магния (а также железа) и становится жёсткой.В жесткой воде при стирке белья увеличивается расход мыла, а ткань, впитывая соли, становится желтой и быстро ветшает. Накипь –нерастворимые соединения кальция и магния и оксид железами), осаждающиеся на внутренних стенках посуды, паровых котлов и трубопроводов. В жесткой воде дольше варятся овощи, крупы и мясо. Различают временнуюи постояннуюжесткость воды.
Временная жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов М(НСO 3) 2(М = Са, Mg) и Fe(HCO 3) 2. Если количественно определяют содержание ионов HCO 3 -, говорят о карбонатнойжесткости, если содержание ионов Са 2+, Mg 2+и Fe 2+– о кальциевой, магниевойили железнойжесткости. Временная жесткость тем выше, чем больше содержание этих ионов в воде. Жесткость воды назвали временной потому, что она устраняется простым кипячением:
Са(НСO 3) 2= СаСO 3v + Н 2O + СO 2^
Mg(HCO 3) 2= Mg(OH) 2v + 2СO 2^
4Fe(HCO 3) 2+ O 2= 2Fe 2O 3v + 8CO 2^ + 4H 2O
Постояннаяжесткость обусловлена другими солями кальция и магния (сульфаты, хлориды, нитраты, дигидро-ортофосфаты и др.). Такая жесткость не устраняется кипячением воды. Поэтому для удаления из жесткой воды большей части всех солей ее умягчают, используя химические реактивы и специальные (ионообменные) способы. Умягченная вода пригодна для питья и приготовления пищи.
Умягчение воды достигается, если ее обработать различными осадителями – гашеной известью, содой и ортофосфатом натрия:
устранение временной жесткости:
Са(НСO 3) 2+ Са(ОН) 2= 2СаСO 3v + 2Н 2O
Mg(HCO 3) 2+ Ca(OH) 2= CaMg(CO 3) 2v + 2Н 2O
4Fe(HCO 3) 2+ 8Са(ОН) 2+ O 2= 4FeO(OH)v + 8СаСO 3v + 10Н 2O
устранение постоянной жесткости:
Ca(NO 3) 2+ Na 2CO 3= СаСO 3v + 2NaNO 3
2MgSO 4+ Н 2O = Na 2CO 3= Mg 2CO 3(OH) 2v + СO 2^ + 2Na 2SO 4
3FeCl 2+ 2Na 3PO 4= Fe 3(PO 4) 2v + 6NaCl
В химической лаборатории и в промышленности используется полностью обессоленная вода (для питья она непригодна). Для получения обессоленной воды природную воду подвергают перегонке (дистилляции). Такая дистиллированнаявода является мягкой, подобно дождевой воде.
5.5. Алюминий
Алюминий– элемент 3-го периода и IIIA-группы Периодической системы, порядковый номер 13. Электронная формула атома [ 10Ne]3s 23p 1, степени окисления + III и 0.
По электроотрицательности (1,47) одинаков с бериллием, проявляет амфотерные (кислотные и основные) свойства. В соединениях может находиться в составе катионов и анионов.
В природе – четвертыйпо химической распространенности элемент (первый среди металлов), находится в химически связанном состоянии.
АлюминийAl. Серебристо-белый, блестящий, легкий и пластичный металл. На воздухе покрывается матовой защитной пленкой Al 2O 3, весьма устойчивой и защищающей металл от коррозии; пассивируется в воде и концентрированной HNO 3(образование той же оксидной пленки).
Реакционноспособный, сгорает на воздухе, при комнатной температуре реагирует с галогенами Cl 2, Br 2и I 2, при нагревании – с фтором, серой:
4Al(порошок) + 3O 2(воздух) = 2Al 2O 3 (700 °C)
2Al(порошок) + ЗЕ 2= 2AlЕ 3 (25 °C, Е = CI, Br)
2Al(порошок) + 3I 2= 2AlI 3 (25 °C, кат. – капля Н 2O)
2Al + 3F 2= 2AlF 3 (600 °C)
2Al + 3S = Al 2S 3 (150–200 °C)
Алюминий восстанавливает другие металлы из их оксидов (промышленно важный метод — алюминотермия):
Амальгамированный алюминий, т. е. очищенный от оксидной пленки, энергично и с большим экзо-эффектом реагирует с водой:
2Al + 6Н 2O = 2Al(ОН) 3v + ЗН 2^ + 836 кДж
Алюминий – сильный (типичный) восстановитель, в ряду напряжений стоит значительно левее водорода; вытесняет водород из разбавленных кислот НCl и H 2SO 4:
2Al + 6Н+ = 2Al 3++ ЗН 2^
и, проявляя амфотерность, из концентрированного раствора щелочей (окислитель – вода):
2Al + 2NaOH + 6Н 2O = 2Na[Al(OH) 4] + ЗН 2^ (80 °C)
Реагирует со щелочами в расплаве (также демонстрируя амфотерные свойства):
2Al + 6NaOH (T)= 2NaAlO 2+ ЗН 2+ 2Na 2O (450 °C)
Взаимодействует с разбавленнойазотной кислотой:
Al + 4НNO 3(разб.) = Al(NO 3) 3+ NO^ + 2Н 2O
и восстанавливает N vдо N -IIIв реакциях с очень разбавленнойазотной кислотой и ее солями:
8Al + З0НNO 3(оч. разб.) = 8Al(NO 3) 3+ 3NH 4NO 3+ 9Н 2O
8Al + 18Н 2O + 5КОН + 3KNO 3= 8К[Al(ОН) 4] + 3NH 3^ (кипячение)
(движущей силой этих реакций служит промежуточное выделение атомарного водорода Н 0, а во второй реакции – также и образование устойчивого гидроксокомплекса [Al(OH),] -).
Получениеалюминия в промышленности– электролиз Al 2O 3в расплаве криолита Na 3[AlF 6] при 950 °C:
Применяется как реагент в алюминотермии для получения редких металлов и термитной сварке стальных конструкций. Алюминий – важнейший конструкционный материал, основа легких коррозионно-стойких сплавов (с магнием — дуралюмин,или дюраль,с медью — желтая алюминиевая бронза,из которой чеканят мелкую разменную монету). Чистый алюминий в больших количествах идет на изготовление посуды и электрических проводов.
Оксид алюминияAl 2O 3.Амфотерный оксид, кислотные и основные свойства равно выражены. Белый, имеет ионное строение (Al 3+) 2(O 2-) 3. Тугоплавкий, термически устойчивый. Аморфный порошок гигроскопичен и химически активен, кристаллический – очень тверд и химически пассивен. Не реагирует с водой, разбавленными кислотами и щелочами. Переводится в раствор концентрированными кислотами и щелочами, реагирует со щелочами и карбонатом натрия при сплавлении. Применяется как сырье в производстве алюминия, для изготовления огнеупорных, химически стойких и абразивных материалов, особо чистый Al 2O 3– для изготовления рубиновых лазеров и синтетических драгоценных камней (рубины, сапфиры и др.), окрашенных примесями оксидов других металлов – Cr 2O 3(красный цвет), Ti 2O 3и Fe 2O 3(голубой цвет).