Номер 3, страница 268 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

3. Составьте характеристику алюминия как химического элемента согласно плану, приведённому в § 12.

1. Положение алюминия в Периодической системе и строение его атома

Алюминий (химический символ – Al) – элемент 13-й группы (IIIА группы по старой классификации), 3-го периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Порядковый номер – 13. Относительная атомная масса $A_r(\text{Al}) \approx 27$. Алюминий относится к р-элементам.

Атом алюминия имеет заряд ядра +13. В его состав входят 13 протонов ($p^+$) и, для наиболее распространённого изотопа $^{27}\text{Al}$, 14 нейтронов ($n^0$). Вокруг ядра по трём энергетическим уровням движутся 13 электронов ($e^-$).

Электронная формула атома алюминия: $1s^22s^22p^63s^23p^1$. Сокращённая электронная формула: $[\text{Ne}]3s^23p^1$. На внешнем энергетическом уровне находятся 3 валентных электрона. В химических реакциях атом алюминия отдаёт эти электроны, проявляя постоянную степень окисления +3.

Ответ: Алюминий — это p-элемент 3-го периода, IIIА группы с порядковым номером 13. Строение внешнего электронного слоя $3s^23p^1$ определяет его валентность III и характерную степень окисления +3.

2. Характеристика простого вещества алюминия

Алюминий – простое вещество, металл с металлической кристаллической решёткой. Физические свойства: серебристо-белый, лёгкий ($\rho = 2,7 \text{ г/см}^3$), пластичный металл, ковкий, легко поддаётся формовке, прокатке, вытягиванию в проволоку. Обладает высокой электро- и теплопроводностью. Температура плавления $660,3^\circ\text{С}$.

Химические свойства: Алюминий – химически активный металл, проявляющий амфотерные свойства. На воздухе он мгновенно покрывается прочной и тонкой оксидной плёнкой $Al_2O_3$, которая защищает его от дальнейшего взаимодействия со многими веществами (пассивация), например, с водой и концентрированными $H_2SO_4$ и $HNO_3$ на холоде.

При нарушении целостности оксидной плёнки или при нагревании алюминий активно реагирует:

- с неметаллами: $4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$; $2\text{Al} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{AlCl}_3$;

- с кислотами-неокислителями: $2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\uparrow$;

- со щелочами: $2\text{Al} + 2\text{NaOH} + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4] + 3\text{H}_2\uparrow$;

- с водой (после удаления оксидной плёнки): $2\text{Al} + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{Al}(\text{OH})_3\downarrow + 3\text{H}_2\uparrow$;

- с оксидами менее активных металлов (алюминотермия): $2\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Fe}$.

Ответ: Алюминий – это лёгкий, пластичный, серебристо-белый амфотерный металл, который является химически активным, но в обычных условиях пассивирован прочной оксидной плёнкой.

3. Характер оксида и гидроксида алюминия

Высший оксид алюминия имеет формулу $Al_2O_3$ (оксид алюминия). Это твёрдое, белое, очень тугоплавкое вещество. Проявляет амфотерные свойства, то есть реагирует как с кислотами, так и со щелочами:

- реакция с сильной кислотой: $\text{Al}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$;

- реакция со щелочью при сплавлении: $\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{NaOH} \xrightarrow{t^\circ} 2\text{NaAlO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.

Гидроксид алюминия имеет формулу $Al(OH)_3$. Это белое студенистое вещество, практически нерастворимое в воде. Гидроксид алюминия также является амфотерным:

- реакция с кислотой: $\text{Al}(\text{OH})_3 + 3\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Al}(\text{NO}_3)_3 + 3\text{H}_2\text{O}$;

- реакция со щелочью в растворе: $\text{Al}(\text{OH})_3 + \text{NaOH} \rightarrow \text{Na}[\text{Al}(\text{OH})_4]$.

Ответ: Высший оксид $Al_2O_3$ и соответствующий ему гидроксид $Al(OH)_3$ являются амфотерными соединениями.

4. Сравнение свойств алюминия со свойствами соседних элементов

Сравнение с соседями по 3-му периоду: магнием ($Mg$) и кремнием ($Si$). В ряду $Mg \rightarrow Al \rightarrow Si$ заряд ядра атома увеличивается, радиус атома уменьшается, а электроотрицательность возрастает. Вследствие этого металлические свойства ослабевают, а неметаллические усиливаются. Магний – активный металл, образует основный оксид $MgO$ и основание $Mg(OH)_2$. Алюминий – амфотерный металл. Кремний – неметалл, образует кислотный оксид $SiO_2$ и слабую кремниевую кислоту $H_2SiO_3$.

Сравнение с соседями по IIIА группе: бором ($B$, сверху) и галлием ($Ga$, снизу). В ряду $B \rightarrow Al \rightarrow Ga$ увеличивается число электронных слоёв и радиус атома, а электроотрицательность уменьшается. Металлические свойства усиливаются. Бор – неметалл (с амфотерным оксидом), алюминий и галлий – амфотерные металлы. Таким образом, металлические свойства алюминия выражены сильнее, чем у бора, но слабее, чем у галлия.

Ответ: Металлические свойства алюминия слабее, чем у соседа по периоду слева (магния), и сильнее, чем у соседа справа (кремния). В своей группе алюминий является металлом, в отличие от вышестоящего неметалла бора, и его металлические свойства выражены слабее, чем у нижестоящего галлия.

5. Летучее водородное соединение

Алюминий является металлом и не образует летучих водородных соединений, которые характерны для неметаллов IV-VII групп (например, $CH_4$, $NH_3$, $HF$). Соединение алюминия с водородом – гидрид алюминия ($AlH_3$) – это твёрдое нелетучее вещество с полимерным строением.

Ответ: Алюминий не образует летучих водородных соединений.