Разделение алюминия и других металлов

9 заданий

Сплав в щёлочи и кислоте

Задача-образец. Сплав Al–Mg–Cu:

Щёлочь → растворяется только алюминий: \(\ce{2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2}\); объём водорода даёт \(n(\ce{Al}) = n(\ce{H2})/1{,}5\).
Остаток + соляная кислота → растворяется магний: \(\ce{Mg + 2HCl -> MgCl2 + H2}\); \(n(\ce{Mg}) = n(\ce{H2})\).
Медь остаётся — её масса проверяет баланс.

boltПроверка по массе

Сумма найденных масс металлов должна совпасть с массой сплава. Если не сходится — возможно, в сплаве был цинк (растворяется и в щёлочи, и в кислоте) или железо.

scienceМеталлы со щелочами и кислотами

\(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2}\) — цинк тоже в щёлочи.
\(\ce{Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2}\) — железо только в кислоте.
\(\ce{Cu + HCl ->}\) — не реагирует; медь растворяют азотной кислотой.

Разделение ионов

Схема для раствора, содержащего \(\ce{Al^3+}\), \(\ce{Zn^2+}\), \(\ce{Fe^3+}\), \(\ce{Mg^2+}\), \(\ce{Cu^2+}\):

Избыток NaOH: в осадке \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{Mg(OH)2}\), \(\ce{Cu(OH)2}\); в растворе \(\ce{[Al(OH)4]-}\), \(\ce{[Zn(OH)4]^2-}\).
Раствор подкисляют и добавляют избыток аммиака: в осадке \(\ce{Al(OH)3}\), в растворе \(\ce{[Zn(NH3)4]^2+}\).
Осадок из п. 1 обрабатывают аммиаком: медь переходит в синий \(\ce{[Cu(NH3)4]^2+}\), остаются \(\ce{Fe(OH)3}\) и \(\ce{Mg(OH)2}\).
\(\ce{Mg(OH)2}\) отделяют от \(\ce{Fe(OH)3}\) раствором \(\ce{NH4Cl}\) (урок 73).

boltДва «растворителя» гидроксидов

Щёлочь растворяет амфотерные гидроксиды (Al, Zn, Cr, Sn, Pb); аммиак растворяет гидроксиды металлов, дающих аммиакаты (Cu, Zn, Ni, Co, Ag). Цинк — в обеих группах, алюминий — только в первой. Эта «таблица двух растворителей» — ключ к большинству задач на разделение.

scienceРеакции схемы

\(\ce{AlCl3 + 4NaOH -> Na[Al(OH)4] + 3NaCl}\).
\(\ce{Na[Al(OH)4] + 4HCl -> AlCl3 + NaCl + 4H2O}\), затем \(\ce{AlCl3 + 3NH3 + 3H2O -> Al(OH)3 + 3NH4Cl}\).
\(\ce{Cu(OH)2 + 4NH3 -> [Cu(NH3)4](OH)2}\).

Задачи с избытком и газом

В количественных задачах важно следить, какой реагент в избытке и какой газ выделяется на каждой стадии.

edit_noteСмесь алюминия и цинка

Смесь 0,100 моль Al и 0,100 моль Zn в избытке NaOH выделяет \(1{,}5\cdot0{,}1 + 0{,}1 = 0{,}25\) моль \(\ce{H2}\) (5,60 л). Добавим к раствору соляную кислоту постепенно: сначала выпадут гидроксиды, затем растворятся — картина на графике массы осадка двухступенчатая.

boltВодород от металлов

Моль водорода на моль металла: Mg, Zn, Fe (в HCl) — 1; Al — 1,5; Na, K — 0,5. Для смесей удобно считать «электроны»: каждый моль \(\ce{H2}\) — 2 моль электронов, отданных металлами.

scienceГазы в задачах на металлы

\(\ce{2Al + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2}\).
\(\ce{Zn + 2HCl -> ZnCl2 + H2}\).
\(\ce{Al4C3 + 12HCl -> 4AlCl3 + 3CH4}\) — если в алюминии примесь карбида, водород загрязнён метаном.

push_pinГлавное

Щёлочь растворяет амфотерные металлы (\(\ce{Al}\), \(\ce{Zn}\)) с выделением водорода, оставляя \(\ce{Mg}\), \(\ce{Fe}\), \(\ce{Cu}\); кислота растворяет металлы до водорода, оставляя медь. Для ионов: избыток NaOH переводит \(\ce{Al^3+}\) и \(\ce{Zn^2+}\) в раствор (\(\ce{[Al(OH)4]-}\), \(\ce{[Zn(OH)4]^2-}\)), осаждая \(\ce{Fe(OH)3}\), \(\ce{Mg(OH)2}\), \(\ce{Cu(OH)2}\); избыток аммиака осаждает \(\ce{Al(OH)3}\) и \(\ce{Fe(OH)3}\), оставляя в растворе аммиакаты \(\ce{Zn}\), \(\ce{Cu}\), \(\ce{Ni}\). Сочетание двух реагентов разделяет алюминий и цинк.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.