Сульфат алюминия
Характеристики и физические свойства сульфата алюминия
Он хорошо растворяется в воде (гидролизуется). Сульфат алюминия разлагается в кипящей воде.
Рис. 1. Сульфат алюминия. Внешний вид.
Основные характеристики сульфата алюминия приведены в таблице ниже:
|
Молекулярная формула |
Al2(SO4)3 |
|
Молярная масса, г/моль |
342 |
|
Плотность, г/см3 |
1,62 – 2,672 |
|
Температура плавления, oС |
770 |
Получение сульфата алюминия
Основной способ получения сульфата алюминия – реакция нейтрализации между гидроксидом алюминия и серной кислотой:
2Al(OH)3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 6H2O.
Сульфат алюминия также можно получить по реакции замещения, протекающей между алюминием и серной кислотой:
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2↑.
Химические свойства сульфата алюминия
Сульфат алюминия – это средняя соль, образованная сильной кислотой – серной (H2SO4) и слабым основанием – гидроксидом алюминия (Al(OH)3). В водном растворе гидролизуется. Гидролиз протекает по катиону (теоретически возможны вторая и третья ступень). Наличие катионов Н+ свидетельствует о кислом характере среды.
Первая ступень:
Al2(SO4)3 ↔ 2Al3+ + 3SO42-;
2Al3+ + 3SO42- + HOH ↔ 2AlOH2+ + 3SO42- + H+;
Al2(SO4)3 + 2HOH ↔ 2Al(OH)SO4 + H2SO4.
Вторая ступень:
Al(OH)SO4↔ AlOH2+- + SO42-;
AlOH2+ + SO42- + HOH ↔ Al(OH)2+ + SO42- + H+;
2Al(OH)SO4 + 2HOH ↔ [Al(OH)2]2SO4 + H2SO4.
Третья ступень:
[Al(OH)2]2SO4 ↔ 2Al(OH)2++ SO42-;
2Al(OH)2+ + SO42-+ HOH ↔ Al(OH)3 + SO42- +H+;
[Al(OH)2]2SO4 + 2HOH ↔ 2Al(OH)3 + H2SO4.
При нагревании сульфата алюминия до температуры 770 – 860oС он разлагается:
2Al2(SO4)3 = 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2.
Сульфат алюминия не реагирует с кислотами. Он полностьюразлагается щелочами в растворе и при спекании, а также реагирует с гидратом аммиака:
Al2(SO4)3 + 6NaOHdilute = 2Al(OH)3↓ + 2Na2SO4;
Al2(SO4)3 + 8NaOHconc = 2Na[Al(OH)4] + 3Na2SO4;
Al2(SO4)3 + 8NaOH = 2NaAlO2 + 3Na2SO4 + 4H2O;
Al2(SO4)3 + 6(NH3×H2O) = 2Al(OH)3↓ + 3(NH4)2SO4.
Сульфат алюминия вступает в реакции обмена:
Al2(SO4)3 + 3Ba(NO3)2 = 3BaSO4↓ + 2Al(NO3)3;
Al2(SO4)3 + 3Pb(NO3)2 = 3PbSO4↓ + 2Al(NO3)3.
Применение сульфата алюминия
Сульфат алюминия используется в пищевой промышленности в качество добавки Е520 (коагулянт, отвердитель). Кроме этого его применяют для очистки сточных и питьевых вод (опять же выступает в качестве коагулянта), а также в бумажной и текстильной промышленности, кожевенном деле.
Примеры решения задач
| Задание | Вычислите количество теплоты, выделяющейся при образовании сульфата алюминия из оксида алюминия массой 47,5 г и оксида серы (VI). Термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид:
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 579,7кДж. |
| Решение | Запишем еще раз термохимическое уравнение реакции:
Al2O3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 579,7кДж. Согласно уравнению реакции, в неё вступили 1 моль оксида алюминия и 3 моль оксида серы (VI). Рассчитаем массу оксида алюминия по уравнению, т.е. теоретическую массу (молярная масса – 102 г/моль): m = n × M; mtheor (Al2O3) = n (Al2O3) × M (Al2O3); mtheor (Al2O3) = 1 × 102 = 102 г. Составим пропорцию: mprac(Al2O3)/mtheor (Al2O3) = Qprac/Qtheor. Тогда, количество теплоты, выделяющейся в ходе реакции взаимодействия междуоксидом алюминия и оксидом серы (VI)равно: Qprac = Qtheor × mprac(Al2O3)/mtheor(Al2O3); Qprac = 579,7 × 47,5/ 102 = 269,96 кДж. |
| Ответ | Количество теплоты равно 269,96 кДж. |
| Задание | Какой объем кислорода выделится в ходе реакции термического разложения сульфата алюминия массой 50 г? |
| Решение | При нагревании сульфата алюминия до температуры 770 – 860oС он разлагается согласно уравнению:
2Al2(SO4)3 = 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2. Рассчитаем количество вещества сульфата алюминия (молярная масса – 342 г/моль): n = m / M; n(Al2(SO4)3) = m (Al2(SO4)3) / M (Al2(SO4)3); n (Al2(SO4)3) = 50 / 342 = 0,15моль. Согласно уравнению реакции n(Al2(SO4)3) :n(Na2CO3) = 2:3 . Тогда количество моль кислорода будет равно: n(O2) = 3/2 × n (Al2(SO4)3) = 3/2 × 0,15 = 0,225моль. Найдем объем выделившегося кислорода: V = n × Vm; V(O2) = n(O2) × Vm; V(O2) = 0,225 × 22,4 = 5,04 л. |
| Ответ | Объем выделившегося кислорода равен 5,04 л. |
