Отношение Mg, Al и Ti к воде

а) В 3 пробирки наливают по 3 мл воды, 1 капли фенолфталеина и вносят в одну пробирку немного порошка магния, в другую - стружку алюминия, в третью - стружку титана. На холоде ни один из указанных металлов не вытесняет водород из воды, поэтому содержание трех пробирок нагревают до кипения. Отмечают появление розовой окраски в одной из пробирок (какой?). Составляют уравнение протекающей реакции.

В заключении укажите, почему с водой реагирует только один из трех металлов.

б) Пробирки охлаждают, добавляют в каждую несколько капель насыщенного раствора NaCl и немного подогревают. Что происходит в пробирке с алюминием? Какую роль играют хлорид-ионы?

Опыт 2. Отношение Mg, Al и Ti к щелочам

В три пробирки помещают соответствующие металлы и доливают в каждую около 2 мл 2н. раствора NaOH или KOH. Отмечают выделение водорода только в пробирке с алюминием. Пробирки подогревают. Отмечают, где произошли изменения. Добавленная щелочь растворяет оксидную пленку на алюминие с образованием гидроксоалюмината и дает возможность взаимодействовать алюминия с водой. Схема взаимодействия:

1) ;

2) ;

3) .

Подберите коэффициенты к данным уравнений.

Опыт 3. Отношение Mg, Al и Ti к кислотам

а) взаимодействие металлов с разбавленными кислотами (опыт проводят под тягой).

В четыре пробирки наливают по 1-2 мл растворов разбавленных соляной, серной, азотной и уксусной кислот. В каждую из них помещают небольшое количество порошка магния.

Аналогичный опыт повторяют с алюминием и титаном. Если реакции не проходят на холоде, пробирки осторожно подогревают. Отмечают выделение газообразных продуктов в каждом из случаев. Записывают уравнения реакций, с учетом того, что титан окисляется до Ti (3+). Азотная кислота пассивирует титан, образуя на его поверхности прочную оксидную пленку. При ее повреждении титан окисляется до метатитановой кислоты H₂TiО₃;

б) Взаимодействие металлов с концентрированными кислотами (опыт проводят под тягой). Выполняют опыт, аналогичный опыту 3а, заменив разбавленные кислоты концентрированными. Отмечают характер протекания реакций на холоде и при нагревании. Записывают уравнения протекающих реакций, учитывая, что с концентрированной серной кислотой образуется соль Ti (4+), а алюминий пассивируется концентрированой HNO₃.

В заключении укажите, от каких факторов зависят продукты восстановления азотной и серной кислот.

Опыт 4. Получение и определение свойств гидроксидов Be²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Ti²⁺

В 4 пробирки доливают по 2-3 мл растворов солей соответствующих металлов (Be²⁺, Mg²⁺, Al³⁺, Ti²⁺). Затем добавляют в каждую пробирку по каплям 2н. раствор NaOH до выпадения осадков гидроксидов. Выпавшие осадки разделяют на 2 части. К первому осадку добавляют по каплям 2 н. раствор HCl, ко второму - раствор NaOH. Отмечают растворения осадков в случае гидроксидов Ве(2+) и Al(3+). В случае Ti(4+) выпадает гидроксид оксотитана TiО(OH)₂, который растворяется в кислоте при нагревании и не растворяется в водных растворах щелочей. Записывают уравнения соответствующих реакций.

В заключении укажите, кислотные, основные или амфотерные свойства проявляют исследуемые гидроксиды.

Опыт 5. Восстановительные свойства Mg и Al

В две пробирки с растворами K₂Cr₂O₇ и КМnО₄ добавляют по 1 мл H₂SO₄ и вносят немного стружки Mg. Наблюдают изменение первоначального окраски растворов. Составляют уравнение реакции, используя электронно-ионный метод, с учетом того, что восстанавливается до , а окисляется до . Выполняют аналогичные опыты с порошком алюминия. Составляют уравнения реакций.

Опыт 6. Окислительно-восстановительные свойства соединений титана

а) Наливают в пробирку 3-5 мл 2 М раствора серной кислоты и всыпают микрошпателем немного порошка титана, подогревают до появления фиолетовой окраски раствора. Полученный раствор Ti₂(SO₄)₃ разделяют на две части. В первую часть добавляют по каплям раствор FeCl₃, а во вторую - раствор КМnО₄ до полного исчезновения окраски. Записывают уравнения реакций восстановления Fe³⁺ до Fe²⁺ и MnО₄^- до Mn²⁺ сульфатом титана (3+).

б) В пробирку с раствором сульфата оксотитана вносять 1-2 мл 2М раствора H₂SO₄ и гранулу Zn. Пробирку нагревают до окраски раствора в фиолетовый цвет, характерный для иона Ti(3+). Записывают уравнение реакции, используя электронно-ионный метод. Переносят 2-3 капли фиолетового раствора Ti(3+) в чистую пробирку и встряхивают 2-3 минуты. Отмечают изменение цвета раствора. Записывают уравнение реакции окиснння Ti(3+) в соли титана (4+) кислородом воздуха при участии в реакции молекул воды.

Опыт 7. Электрохимическое оксидирование (анодирование) алюминия (элементы НИРС)

Электрохимическое оксидирование алюминия заключается в его анодной обработке в растворе серной, фосфорной, хромовой или щавелевой кислот и проводится с целью придания изделию антикоррозионных и декоративных свойств. Реакция анодного окисления алюминия может быть представлена ​​уравнением: .

Оксидная пленка, образующаяся толщиной до 500 мкм имеет хорошие адсорбционные свойства, благодаря чему ее можно красить.

Алюминиевую пластинку погружают на 1-2 мин. в 10% -ный раствор едкого натра для обезжиривания и снятия оксидной пленки. Промывают водой и присоединяют в качестве анода к клеммам крышки электролизера. Катодом является свинцовая пластинка. Наливают в электролизер 20% -ный раствор серной кислоты, включают ток и опускают электроды. Быстро регулируют реостатом силу тока (плотность тока должна быть 0,8 - 2 А/дм², а напряжение 10-12 В).

Через 20 мин. отключают электролизер от источника тока, снимают алюминиевую пластинку, промывают водой и описывают ее внешний вид. Для окраски пластины в желаемый цвет опускают ее в приготовленный заранее раствор анилиновых красителей (см. табл.13) на 10-15 мин., после чего промывают в холодной воде и осторожно высушивают на воздухе, а затем в термостате при 80-90⁰С.

Т а б л и ц а 13

Состав водных растворов для получения анодированного алюминия

Сравните коррозионную стойкость алюминия, анодированного без пропитки, анодированного с пропиткой красителем и необработанного, погружая пластинки в раствор CuSO₄, подкисленный серной кислотой с добавкой хлорида натрия (можно использовать также раствор CuCl₂). При необходимости окрашенную пленку можно снять с поверхности алюминиевых изделий 50% -ным раствором азотной кислоты.