Формула хлорида алюминия

Определение и формула хлорида алюминия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлорид алюминия — это неорганическое вещество, принадлежащее к классу средних солей, соль алюминия и соляной кислоты.

Формула – $AlCl_3$

Молярная масса равна $133,34$ г/моль.

Физические свойства – расплывающиеся на воздухе бесцветные или белые гексагональиые кристаллы с плотностью 2,44 г/см $^3$ , температура плавления $192,6^{\circ} C$ . В слоистой кристаллической решетке каждый атом алюминия гексакоординирован, а каждый атом хлора двухкоординирован. Обладает высокой летучестью. Гидролизуется («дымит») во влажном воздухе.

Кристаллогидрат хорошо растворяется в холодной воде, происходит гидролиз по катиону.

Известен его минерал — хлоралюминит (гидрат).

Химические свойства хлорида алюминия

В расплавленном состоянии (под давлением), в парах или бензольном растворе хлорид алюминия состоит из димерных молекул $A1_2C1_6$ , при температуре от $440^{\circ} C$ до $800^{\circ} C$ , равновесие смещается в сторону $AlCl_3$ :
$2AlCl_3_{(solid)} \rightleftharpoons Al_2Cl_6_{(gas)}$
Разлагается горячей водой:
$AlCl_3 + 3H_2O = Al(OH)_3 \downarrow + 3HCl \uparrow$
Взаимодействует с щелочами с образованием белого гидроксида алюминия или координационного соединения в случае концентрированного раствора основания:
$AlCl_3 + 3NaOH = Al(OH)_3 \downarrow + 3NaCl$

$AlCl_3 + 4NaOH = Na[Al(OH)_4] + 3NaCl$
Взаимодействует с гидратом аммиака в некотором роде подобным образом как и с щелочами:
$AlCl_3 + 3(NH_3 \cdot H_2O) = Al(OH)_3 \downarrow + 3NH_4Cl$

$AlCl_3 + 3(NH_3 \cdot H_2O) = AlO(OH) \downarrow + 3NH_4Cl + H_2O$
Реагирует с боргидридом натрия:
$AlCl_3 + 3Na[BH_4] = Al[BH_4]_3 + 3NaCl$

Получение

Хлорид алюминия производится в больших масштабах с помощью экзотермической реакции металлического алюминия с хлором или хлористым водородом при температуре от $650^{\circ} C$ до $750^{\circ} C$ :

$2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2 AlCl_3$

$2 Al + 6 HCl \rightarrow 2 AlCl_3 + 3 H_2$

Применение

$AlCl_3$ , вероятно, является наиболее часто используемой и одной из самых сильных кислот Льюиса. Он находит применение в химической промышленности в качестве катализатора для реакции Фриделя-Крафтса, такой как ацилирование и алкилирование. Важным продуктом является этилбензол. Он также находит применение при полимеризации и в реакциях изомеризации углеводородов.

Кристаллогидрат алюминия является общим компонентом в дезодорантах в небольших концентрациях.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

К раствору $AlCl_3$ (100 мл; 0,1 моль/л) прилили раствор $Na_2S$ (100 г; 10 $\%$ масс.). Рассчитайте массу осадка и объем газа (н.у.), которые образуются в ходе реакции.

Решение

Запишем химическую реакцию совместного гидролиза:

$2AlCl_3 + 3Na_2S + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2S \uparrow + 6NaCl$

Рассчитаем число моль $AlCl_3$ и $Na_2S$ и определим какое вещество находится в избытке, а какое в недостатке.

$n(AlCl_3) = C_M(AlCl_3) \cdot V(AlCl_3) = 0,1 \cdot 100 \cdot 10^{-3} = 0,01$ моль

$m(Na_2S) = \omega (Na_2S) \cdot m(Na_2S, solution) = 0,1 \cdot 100 = 10$ г

$n(Na_2S) = \frac{m(Na_2S)}{M(Na_2S)} = \frac{10}{78,0452} = 0,1281$ моль

Из стехиометрии следует, что

$2$ моль $AlCl_3$ реагирует с $3$ моль $Na_2S$

$0,01$ моль $AlCl_3$ реагирует с $x$ моль $Na_2S$

$x = \frac{0,01 \cdot 3}{2} = 0,015$ моль

$n(Na_2S) > x \Rightarrow Na_2S$ в избытке

Рассчитаем число моль $Al(OH)_3$ и $H_2S$

$n(Al(OH)_3) = n(AlCl_3) = 0,01$ моль

$n(H_2S) = 1,5 \cdot n(AlCl_3) = 1,5 \cdot 0,01 = 0,015$ моль

Рассчитаем массу $Al(OH)_3$ и объем $H_2S$

$m(Al(OH)_3) = M(Al(OH)_3) \cdot n(Al(OH)_3) = 0,01 \cdot 78 = 0,78$ г

$V(H_2S) = n(H_2S) \cdot V_m = 0,015 \cdot 22,4 = 0,336$ л

Ответ

$m(Al(OH)_3) = 0,78$ г, $V(H_2S) = 0,336$ л

ПРИМЕР 2

Задание

Возможно ли восстановить $AlCl_3$ до $Al$ с помощью металлического магния при стандартных условиях?

Решение

Запишем реакцию восстановления $AlCl_3$ :

$2AlCl_3 + 3Mg \rightarrow 2Al + 3MgCl_2$

Вычислим изменение энергии Гиббса реакции по закону Гесса:

$\Delta G_{298}^0 = 3 \cdot \Delta G_{f;298}^0 (MgCl_2) + 2\cdot \Delta G_{f;298}^0 (Al) - 3 \cdot \Delta G_{f;298}^0 (Mg) - 2 \cdot \Delta G_{f;298}^0 (AlCl_3)$