Соли алюминия и двойные соли — Неорганическая химия для олимпиад
Неорганическая химияКурс для олимпиад

Соли алюминия и двойные соли

9 заданий

Хлорид алюминия

Свойства хлорида алюминия зависят от присутствия воды. Безводный хлорид алюминия \(\ce{AlCl3}\) представляет собой белое вещество, возгоняющееся при 180 °C. Его кристалл имеет слоистое строение: атомы алюминия окружены атомами хлора, расположенными по вершинам октаэдра. В расплаве и парах существуют димеры \(\ce{Al2Cl6}\). Каждый димер образован двумя тетраэдрами \(\ce{AlCl4}\) с общим ребром, которому соответствуют два мостиковых атома хлора. При 800 °C димеры распадаются на плоские молекулы \(\ce{AlCl3}\), сходные по строению с \(\ce{BCl3}\).

Молекула \(\ce{AlCl3}\) способна принимать электронную пару, поэтому безводный хлорид алюминия является сильной кислотой Льюиса. Он активирует галогеналканы и хлорангидриды в реакциях Фриделя — Крафтса. Превращение галогеналкана при участии хлорида алюминия условно записывают уравнением \(\ce{RCl + AlCl3 -> R+ + [AlCl4]-}\).

Из водного раствора хлорид алюминия кристаллизуется в виде кристаллогидрата \(\ce{AlCl3*6H2O}\) = \(\ce{[Al(H2O)6]Cl3}\). При нагревании из него нельзя получить безводный \(\ce{AlCl3}\) простым удалением воды: кристаллогидрат гидролизуется, а при дальнейшем нагревании образуется оксид алюминия:

\[\ce{2[Al(H2O)6]Cl3 ->[t] Al2O3 + 6HCl ^ + 9H2O}\]

scienceХлорид алюминия

  1. \(\ce{2Al + 3Cl2 -> Al2Cl6}\) — при прямом взаимодействии алюминия с хлором получают безводный хлорид алюминия.
  2. \(\ce{Al2O3 + 3C + 3Cl2 ->[t] 2AlCl3 + 3CO}\) — при нагревании оксид алюминия хлорируют в присутствии угля.
  3. \(\ce{AlCl3 + 3H2O <=> Al(OH)3 + 3HCl}\) — во влажном воздухе хлорид алюминия гидролизуется с образованием хлороводорода, поэтому вещество дымит.
  4. \(\ce{C6H6 + CH3Cl ->[AlCl3] C6H5CH3 + HCl}\) — при алкилировании бензола хлорметаном образуется толуол; это реакция Фриделя — Крафтса (1877).

Квасцы — двойные соли

Квасцы имеют состав \(\ce{M^{I}M^{III}(SO4)2*12H2O}\). На месте \(\ce{M^I}\) может находиться \(\ce{K+}\), \(\ce{Na+}\), \(\ce{NH4+}\) или \(\ce{Rb+}\), а на месте \(\ce{M^{III}}\) — \(\ce{Al^3+}\), \(\ce{Cr^3+}\) или \(\ce{Fe^3+}\). Квасцы изоморфны и способны образовывать смешанные кристаллы. Их красивые октаэдрические кристаллы легко вырастить дома.

Двойные и комплексные соли

Квасцы относятся к двойным солям: в их кристаллах присутствуют катионы двух видов, а при растворении образуются простые ионы. Комплексная соль, напротив, содержит комплексный ион. Связанные с его центральным атомом частицы называют лигандами; вместе с ним они образуют внутреннюю сферу комплексного иона. Поэтому двойные и комплексные соли различаются поведением в растворе:

  • Двойная соль полностью распадается на простые ионы: \(\ce{KAl(SO4)2 -> K+ + Al^3+ + 2SO4^2-}\). Все три вида ионов можно обнаружить обычными качественными реакциями.
  • В комплексной соли \(\ce{K3[AlF6]}\) ионы фтора связаны с алюминием во внутренней сфере. Поэтому свободных \(\ce{Al^3+}\) и \(\ce{F-}\) в растворе почти нет, и обычные реакции на эти ионы не происходят.

auto_awesomeКвасцы в быту

Алюмокалиевые квасцы применяют в кровоостанавливающих карандашах после бритья: соли алюминия оказывают вяжущее действие и стягивают ткани, а при гидролизе может образоваться гидроксид алюминия. Квасцы также используют в дезодорантах-«кристаллах», как протраву для крашения (урок 69) и при очистке воды. Хромокалиевые квасцы применяют для дубления кожи.

scienceКвасцы

  1. \(\ce{Al2(SO4)3 + K2SO4 + 24H2O -> 2KAl(SO4)2*12H2O}\) — квасцы кристаллизуются из смеси растворов сульфатов алюминия и калия.
  2. \(\ce{KAl(SO4)2 + 3NH3 + 3H2O -> Al(OH)3 v + K+ + 2SO4^2- + 3NH4+}\) — при действии раствора аммиака ион алюминия осаждается в виде гидроксида, поскольку в растворе квасцы распадаются на простые ионы.
  3. \(\ce{2KAl(SO4)2*12H2O ->[t] K2SO4 + Al2(SO4)3 + 24H2O}\) — при нагревании квасцы теряют кристаллизационную воду; полученный продукт называют жжёными квасцами. При дальнейшем сильном нагревании разлагается сульфат алюминия: \(\ce{Al2(SO4)3 -> Al2O3 + 3SO3}\).

Соли алюминия в растворе

В водных растворах ионы алюминия гидролизуются. Если в природной воде присутствуют гидрокарбонаты, при добавлении сульфата алюминия образуются хлопья \(\ce{Al(OH)3}\): они захватывают муть и бактерии, после чего оседают. Поэтому сульфат алюминия служит главным коагулянтом водоочистки:

\[\ce{Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 -> 2Al(OH)3 v + 3CaSO4 + 6CO2}\]

Когда раствор соли алюминия смешивают с раствором карбоната, сульфида или сульфита, гидролизу подвергаются и катионы алюминия, и анионы добавленной соли. Такой процесс называют совместным гидролизом (урок 70). В результате образуются \(\ce{Al(OH)3}\) и газ.

boltПоликатионы

При частичной нейтрализации растворов солей алюминия образуются полиядерные гидроксокатионы, содержащие несколько связанных между собой атомов алюминия. Один из них — ион Кеггина \(\ce{[AlO4Al12(OH)24(H2O)12]^7+}\). Такие частицы относятся к самым эффективным коагулянтам; в водоочистке применяют «полиоксихлорид алюминия».

scienceРеакции солей алюминия

  1. \(\ce{Al2(SO4)3 + 3BaCl2 -> 3BaSO4 v + 2AlCl3}\) — при добавлении хлорида бария к раствору сульфата алюминия выпадает осадок сульфата бария.
  2. \(\ce{2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O -> 2Al(OH)3 v + 3H2S ^ + 6NaCl}\) — при совместном гидролизе образуются осадок гидроксида алюминия и газообразный сероводород.
  3. \(\ce{AlCl3 + 4NaOH -> Na[Al(OH)4] + 3NaCl}\) — в избытке щёлочи ион алюминия переходит в состав гидроксокомплекса.
  4. \(\ce{Al^3+ + 6F- -> [AlF6]^3-}\) — фторид-ионы связывают ион алюминия в комплекс; такое связывание называют маскированием.

push_pinГлавное

Растворы солей алюминия имеют кислую реакцию вследствие гидролиза (\(pK_a[\ce{Al(H2O)6}]^{3+} = 5{,}0\)). При упаривании раствора хлорида алюминия образуется кристаллогидрат; при его дальнейшем нагревании могут образоваться гидроксохлориды, а затем оксид алюминия. Безводный \(\ce{AlCl3}\) возгоняется, содержит в парах димер \(\ce{Al2Cl6}\) с мостиковыми атомами хлора и является сильной кислотой Льюиса, применяемой в реакциях Фриделя — Крафтса. Квасцы \(\ce{M^{I}M^{III}(SO4)2*12H2O}\) относятся к двойным солям: при растворении их простые ионы, например \(\ce{K+}\), \(\ce{Al^3+}\) и \(\ce{SO4^2-}\), можно обнаружить обычными реакциями. В комплексной соли \(\ce{K3[AlF6]}\) лиганды связаны во внутренней сфере, поэтому обычные реакции свободных ионов не позволяют обнаружить их непосредственно.

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

Неорганическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Программа — авторская, по официальным комплектам ВсОШ, «Высшей пробы», «Ломоносова» и программе IChO; последовательность уроков и критерии перехода — методика курса.