Алюминаты, ферриты, ферраты их свойства, получение и области применения 

Задание 5.
Опишите способы получения алюминатов, ферритов и ферратов а также области их применения. Напишите уравнения соответствующих химических реакций.
Решение:
Алюминаты — соли не существующей метаалюминиевой кислоты (НAlO₂) можно получить следующим образом:

Видео:Решаем задания 3 из ЕГЭ по ХИМИИ | МНОГО ПРАКТИКИСкачать

1) Сплавление оксида алюминия c оксидом натрия при 1200 ⁰С:

Al₂O₃ + Na₂O = 2NaAlO₂

2) Сплавление оксида алюминия с гидроксидом металла при 800 0С:

Al(OH)₃ + NaOH = NaAlO₂ + 2H₂O.

3) Сплавление оксида алюминия с карбонатом при 1000 ⁰С:

Al₂O₃ + Na₂СO₃ = 2NaAlO₂ + СO₂↑

4) Растворение алюминия в расплаве гидроксида натрия при 400 ⁰С:

2Al + 2NaOH + 2Н₂О = 2NaAlO₂ + 3H₂↑

5) Реакции гидроксида алюминия с щелочами:

При действии слабого раствора щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия образуется тетрагидроксоалюминат натрия: 

Al(ОН)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄] (тетрагидроксоалюминат натрия);

При действии избытка щёлочи на свежеосаждённый гидроксид алюминия образуется гексагидроксоалюминат натрия.

Al(ОН)₃ + 3NaOH = Na_3[Al(OH)₆] (гексагидроксоалюминат натрия).

При нагревании около 800 ⁰С происходит обезвоживание тетрагидроксоалюмината натрия:

Na[Al(OH)₄] = NaAlO₂ + 2H₂O.

Видео:Амфотерные оксиды и гидроксиды, химические свойства | ЕГЭ по химии 2024Скачать

Применение алюминатов.

Алюминат натрия используют в текстильной и бумажной промышленности для очистки воды. Порошковый метаалюминат натрия (NaAlO2) является добавкой в строительные бетоны как ускоритель отвердевания. Алюминат натрия используется получении цеолитов.  Алюминат кальция — главная составная часть быстро твердеющего глиноземного цемента, входит в состав портландцемента и глиноземистых цементов. Кальциево-алюминатные флюсы используются во вторичной металлургии для повышения качества стали. Они также используются для производства порошковых суперпластификаторов, уменьшающих усадку веществ.

Ферриты — соли не существующей ферритовой кислоты (HFeO₂) можно получить следующим образом:

1) Сплавление оксида железа(III) с едким натром при 600 ⁰С:

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O

2) Спекание оксида железа(III) с карбонатом натрия при 80- — 900 ⁰С:

Fe₂O₃ + Na₂СО₃ = 2NaFeO₂ + СO₂↑

3)Термическое разложение феррата натрия около 700 ⁰С:

4Na₂FeO₄ = 4NaFeO₂ + 2Na₂O + 3O₂↑

4) При длительном нагревании гидроксида железа (III) с гидроксидами металла:

Fe(OH)₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + 2H₂O

Ферриты используют в качестве магнитных материалов в радиотехнике, электронике, автоматике, вычислительной технике (ферритовые поглотители электромагнитных волн, антенны, сердечники, элементы памяти, постоянные магниты и т.д.). Феррит кальция применяется как вяжущее средство, входит в состав портландского цемента.

Ферраты — соли не существующей в свободном виде железной кислоты (H₂FeO₄), в которой железо проявляет степень окисленности +6. Ферраты окрашены в фиолетовый цвет. Они являются сильными окислителями. Существует несколько способов получения ферратов:

1) Окисление соединений железа (III) хлором в сильнощелочной среде:

2Fe(OH)₃ + 3Cl₂ + 10NaOH = 2Na₂FeO₄ + 6NaCl + 8H₂O

Реакция протекает при незначительном нагревании до 40 — 45 ⁰С

2) Окисление соединений железа (III) гипохлоритом в сильнощелочной среде:

Fe(OH)₃ + 3NaClO + 2NaOH = Na₂FeO₄ + NaCl + H₂O

или

2Fe(OH)₃ + 5KClO + 4KOH = 2K₂FeO₄ + 3KCl + 5H₂O

3) Растворение порошкообразного железа в расплаве нитрата калия и едкого кали (процесс проводят при 400 — 420 ⁰С):

Fe + 3KNO₃ + 2KOH = 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + H₂O

4) Электролиз раствора щелочи на железном аноде:

Fe + 2KOH + 2H₂O = K₂FeO₄ + 3H₂↑

5) При взаимодействии надпероксида калия и оксида железа

2Fe₂O₃ + 8KO₂ = 4K₂FeO₄ + 3O₂↑

6) Взаимодействие оксида железа(Ш) с оксидом калия в токе воздуха или, лучше, кислорода при нагревании:

2Fe₂O₃ + 4K₂O + 3O₂ = 4K₂FeO₄

7) Взаимодействие оксида железа(Ш) с пероксидом калия или натрия присутствии воздуха или кислорода при нагревании:

2Fe₂O₃ + 2K₂O₂ + O₂ = 4K₂FeO₄;

2Fe₂O₃ + 2Na₂O₂ + O₂ = 4Na₂FeO₄

8) Взаимодействие оксида железа(Ш) с оксидом калия и нитратом калия при нагревании:

Fe₂O₃ + 2K₂O + 3KNO₃ = 2K₂FeO₄ + 3KNO₂

9) Dзаимодействие металлического железа с нитратом калия при нагревании:

Fe + 2KNO₃ = K₂FeO₄ + 2NO↑

10) Известна реакция оксида железа (III) с нитратом калия при нагревании:

Fe₂O₃ + 5KNO₃ = 2K₂FeO₄ + KNO₂ + 4NO₂↑

11) Способ синтеза окислением железа нитратом калия в расплаве щелочи (420 ⁰С):

Fe + 2KOH + KNO₃ = K₂FeO₄ + KNO₂ + H₂O