Во всех упражнениях красным цветом приводится решение, а фиолетовым ― объяснение.

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Запишите схему распределения электронов атома алюминия по энергетическим уровням.

Al + 13 )))            283

Упражнение 2. Охарактеризуйте физические свойства алюминия и области применения этого металла, основанные на этих свойствах.
Малая плотность (лёгкость) используется для производства лёгких сплавов в авиационной и космической промышленности.
Высокая электропроводность используется для производства электропроводки и проводов ЛЭП.
Высокая теплопроводность используется для производства радиаторов и теплообменников.
Пластичность используется для производства фольги, упаковочных материалов для пищевых продуктов.
Лёгкость механической обработки используется для производства деталей с помощью металлорежущих станков.
Металлический блеск используется для производства зеркал, прожекторов, мощных отражателей.

Упражнение 3. Перечислите химические свойства алюминия. Подчеркните особенности его взаимодействия с серной и азотной кислотами. Запишите соответствующие уравнения реакций.
Алюминий взаимодействует с неметаллами:
4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃
На воздухе алюминий быстро покрывается оксидной плёнкой, а в измельченном виде ― горит. 
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + O₂⁰ → Al₂⁺³O₃^-2
Восстановитель Al⁰ -3e → Al⁺³      |3|12|4 ― процесс окисления
Окислитель O₂⁰ +4e → 2O^-2          |4|   |3 ― процесс восстановления

2Al + 3S = Al₂S₃
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + S⁰ → Al₂⁺³S₃^-2
Восстановитель Al⁰ -3e → Al⁺³   |3|6|2 ― процесс окисления
Окислитель S⁰ +2e → S^-2           |2|  |3 ― процесс восстановления

2Al + N₂ = 2AlN
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + N₂⁰ → Al⁺³N^-3
Восстановитель Al⁰ -3e → Al⁺³   |3|6|2 ― процесс окисления
Окислитель N₂⁰ +6e → 2N^-3        |6|  |1 ― процесс восстановления

4Al + 3C = Al₄C₃
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + C⁰ → Al₄⁺³C₃^-4
Восстановитель Al⁰ -3e → Al⁺³   |3|12|4 ― процесс окисления
Окислитель C⁰ +4e → С^-4           |4|   |3 ― процесс восстановления

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + Cl₂⁰ → Al⁺³Cl₃^-2
Восстановитель Al⁰ -3e → Al⁺³   |3|6|2 ― процесс окисления
Окислитель Cl₂⁰ +2e → 2Сl^-1      |2|  |3 ― процесс восстановления

Алюминий взаимодействует с водой (после удаления оксидной плёнки):
2Al + 6H₂O = 2Al(OH)₃ + 3H₂↑
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H₂⁺¹O → Al⁺³(OH)₃ + H₂⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³         |3|6|2 ― процесс окисления
2H⁺¹ +2e → H₂⁰      |2|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, вода (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Алюминий легко реагирует с растворами кислот (разбавленными кислотами):
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (HCl, AlCl₃). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
2Al + 6H⁺ + 6Cl^- = 2Al³⁺ + 6Cl^- + 3H₂↑
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы в одинаковых количествах Cl^-:
2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H⁺¹Сl → Al⁺³Cl₃ + H₂⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³          |3|6|2 ― процесс окисления
2H⁺¹ +2e → H₂⁰       |2|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, соляная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (H₂SO₄, Al₂(SO₄)₃). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
2Al + 6H⁺ + 3SO₄^2- = 2Al³⁺ + 3SO₄^2- + 3H₂↑
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы в одинаковых количествах SO₄^2-:
2Al + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂↑
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H₂⁺¹SO₄ → Al₂⁺³(SO₄)₃ + H₂⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³          |3|6|2 ― процесс окисления
2H⁺¹ +2e → H₂⁰       |2|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, серная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Алюминий взаимодействует с концентрированными азотной и серной кислотами при нагревании с образованием соли и продукта восстановления кислоты:
2Al + 6H₂SO₄ (конц.) = Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O 
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H₂S⁺⁶O₄ → Al₂⁺³(SO₄)₃ + S⁺⁴O₂ + H₂O
Al⁰ -3e → Al⁺³          |3|6|2 ― процесс окисления
S⁺⁶ +2e → S⁺⁴         |2|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, серная кислота (за счёт атомов cеры степени окисления +6) — окислитель

Al + 6HNO₃ (конц.) = Al(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 2H₂O 
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + HN⁺⁵O₃ → Al⁺³(NO₃)₃ + N⁺⁴O₂ + H₂O
Al⁰ -3e → Al⁺³          |3|3|1 ― процесс окисления
N⁺⁵ +1e → N⁺⁴         |1|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, азотная кислота (за счёт атомов азота в степени окисления +5) — окислитель

Алюминий взаимодействует с растворами солей менее активных металлов:
2Al + 3CuCl₂ = 2AlCl₃ + 3Cu
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + Cu⁺²Cl₂ → Al⁺³Cl₃ + Cu⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³       |3|6|2 ― процесс окисления
Cu⁺² +2e → Cu⁰   |2|  |3 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, хлорид меди (за счёт атомов меди в степени окисления +2) — окислитель.

Алюминий взаимодействует с оксидами менее активных металлов:
2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + Fe₂⁺³O₃ → Al₂⁺³O₃ + Fe⁰
2Al⁰ -6e → 2Al⁺³       |6|6|1 ― процесс окисления
Fe⁺³ +3e →  Fe⁰       |3|  |2 ― процесс восстановления
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, оксид железа (III) (за счёт атомов железа в степени окисления +3) — окислитель.

Алюминий растворяется в щёлочах:
2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Рассчитайте площадь алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм, которую можно изготовить из 1 моль этого металла, если плотность алюминия равна 2,7 г/см³.
Дано: h=0,01 мм=0,001 см, ʋ(Al)=1 моль, ρ(Al)=2,7 г/см³
Найти: S—?
Решение
1.Массу алюминия количеством 1 моль рассчитываем по формуле: mʋ=ʋ•M, где M=M_r г/моль.
M(Al)=27 г/моль
m(Al)=ʋ(Al)•M(Al)=1 моль • 27 г/моль=27 г
2.Объем алюминия массой 27 г рассчитываем по формуле: V=m/ρ.
V(Al)=m(Al):ρ(Al)=27 г : 2,7 г/см³=10 см³
3.Площадь алюминиевой фольги рассчитываем по формуле: S=V/h.
S(Al)=V(Al):h=10 см³ : 0,001 см=10000 см²=1м²
Ответ: 1 м²

Упражнение 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения (для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения, а в уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель):
а) Al → Al₂(SO₄)₃ → Al(OH)₃ → Al₂O₃ → Al(NO₃)₃;
2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H₂⁺¹SO₄ → Al₂⁺³(SO₄)₃ + H₂⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³     |3|6|2 ― процесс окисления
2H⁺¹ +2e → H₂⁰  |2|  |3 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы алюминия и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2. Это число 6, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 3 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов алюминия и водорода. Множители 2 и 3 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента водорода в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому коэффициент 3 ставим перед формулой двух соединений водорода (H₂SO₄, H₂), а разными являются индексы элемента алюминия в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому коэффициент 2, относится к одному атому, ставим перед формулой алюминия:
2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂. При необходимости подбираем коэффициенты для остальных соединений.
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, серная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Al₂(SO₄)₃ + 6NaOH = 3Na₂SO₄ + 2Al(OH)₃↓
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (Al₂(SO₄)₃, NaOH и Na₂SO₄). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
2Al³⁺ + 3SO₄^2- + 6Na⁺ + 6OH^-→ 6Na⁺ + 3SO₄^2- + 2Al(OH)₃↓
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы  в одинаковых количествах SO₄^2- и Na⁺: 
Al³⁺ + 3OH^-→ Al(OH)₃↓

2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O  (t⁰)

Al₂O₃ + 6HNO₃ = 2Al(NO₃)₃ + 3H₂O
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (HNO₃), Al(NO₃)₃). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
Al₂O₃ + 6H⁺ + 6NO₃^-→ 2Al³⁺ + 6NO₃^- + 3H₂O
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы  в одинаковых количествах NO₃^-:
Al₂O₃ + 6H⁺→ 2Al³⁺ + 3H₂O

б) Al → AlCl₃ → Na[Al(OH)₄] → Al(OH)₃ → Al₂(SO₄)₃.
2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + H⁺¹Сl → Al⁺³Cl₃ + H₂⁰
Al⁰ -3e → Al⁺³      |3|6|2 ― процесс окисления
2H⁺¹ +2e → H₂⁰   |2|  |3 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы алюминия и водорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2. Это число 6, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 3 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов алюминия и водорода. Множители 2 и 3 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента алюминия в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому коэффициент 2 ставим перед формулой двух соединений алюминия (Al, AlCl₃), а разными являются индексы элемента водорода в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому коэффициент 3, относится к двум атомам, — перед формулой водорода:
2Al + HСl → 2AlCl₃ + 3H₂. Подбираем коэффициенты для остальных соединений.
В приведённой реакции алюминий — восстановитель, соляная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

AlCl₃ + 4NaOH = 3NaCl + Na[Al(OH)₄]
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (AlCl₃, NaOH и NaOH, NaCl, Na[Al(OH)₄]). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
Al³⁺ + 3Cl^- + 4Na⁺ + 4OH^-→ 3Na⁺ + 3Cl^- + Na⁺ + [Al(OH)₄]^-
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы  в одинаковых количествах Cl^- и Na⁺
Al³⁺ + 4OH^-→ [Al(OH)₄]^-

2Na[Al(OH)₄] + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O + 2Al(OH)₃↓
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (Na[Al(OH)₄], Na₂CO₃). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
2Na⁺ + 2[Al(OH)₄]^- + CO₂→ 2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O + 2Al(OH)₃↓
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы  в одинаковых количествах Na^+-:
2[Al(OH)₄]^- + CO₂→ CO₃^2- + H₂O + 2Al(OH)₃↓

2Al(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 6H₂O
Сначала по таблице растворимости определяем растворимые соединения, а затем — какие из них являются сильными электролитами (H₂SO₄, Al₂(SO₄)₃). Заменяем формулы сильных электролитов формулами ионов:
2Al(OH)₃ + 6H⁺ + 3SO₄^2-→ 2Al³⁺ + 3SO₄^2- + 6H₂O
С обеих частей полученного уравнения изымаем (подчеркнутые) одинаковые ионы  в одинаковых количествах SO₄^2-:
Al(OH)₃ + 3H⁺→ Al³⁺ + 3H₂O

Упражнение 3. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие схеме превращений:
Al + HNO₃ ⟶ Al(NO₃)₃ + N₂O + H₂O.
Укажите окислитель и восстановитель.
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Al⁰ + НN⁺⁵O₃ → Al⁺³(NO₃)₃ + N₂⁺¹O + Н₂O
Al⁰ - 3e → Al⁺³      |3|12|4 ― процесс окисления
N⁺⁵ + 4e → N⁺¹     |4|   |3 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы алюминия и азота. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 4. Это число 12, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 3 и 4, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов алюминия и азота. Множители 4 и 3 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элемент алюминий изменил степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента алюминия в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому коэффициент 4 ставим перед формулой двух соединений алюминия (Al, Al(NO₃)₃). Поскольку элемент азот изменил степень окисления не полностью (в правой части схемы имеется вещество Al(N⁺⁵O₃)₃, в котором этот элемент имеет такую же степень окисления, как в исходной веществе), поэтому коэффициент 3 относится только к оксиду азота (I) и, принимая во внимание два атома азота, коеффициент 1,5 ставим перед формулой N₂O:
4Al + НNO₃ → 4Al(NO₃)₃ + 1,5N₂O + Н₂O или, умножив на два, имеем:
8Al + НNO₃ → 8Al(NO₃)₃ + 3N₂O + Н₂O
Подбираем коэффициенты для остальных соединений. Получим уравнение:
8Al + 30НNО₃ = 8Al(NО₃)₃ + 3N₂О + 15Н₂О
В приведённой реакции алюминий— восстановитель, а азотная кислота (за счёт атомов азота в степени окисления +5) — окислитель.

Упражнение 4. Почему при добавлении к концентрированному раствору щёлочи небольшого количества раствора сульфата алюминия не выпадает осадок гидроксида алюминия?
Потому, что в результате реакции образуется растворимая комплексная соль 2Na[Al(OH)₄].
Каким должен быть порядок приливания реагентов для получения осадка гидроксида?
Щелочь добавляют в раствор сульфата алюминия, а не наоборот.
Запишите молекулярные и ионные уравнения реакций раствора сульфата алюминия с избытком раствора гидроксида натрия.
8NaOH + Al₂(SO₄)₃ = 3Na₂SO₄ + 2Na[Al(OH)₄]
8Na⁺ + 8OH^- + 2Al³⁺ + 3SO₄^2-→ 6Na⁺ + 3SO₄^2- + 2Na⁺ + 2[Al(OH)₄]^-
Al³⁺ + 4OH^-→ [Al(OH)₄]^-

Упражнение 5. Массовая доля оксида алюминия в образце боксита составляет 81,6%. Какую массу алюминия можно получить из 1 т этого сырья, если производственные потери металла составляют 6%?
Дано: ω(Al₂O₃)=81,6%, m(боксита)=1 т=1000 кг, ω(потери)=6%
Найти: m(Al)-?
Решение
1-й способ
1. Вычисляем массу оксида алюминия в образце боксита:
m(Al₂O₃)=(m(боксита)•ω(Al₂O₃)):100%=1000 кг•81,6%:100%=816 кг
2. Вычисляем массовую долю алюминия в оксиде алюминия:
A_r(Al)=27, M_r(Al₂O₃)=102
ω(Al)=(2•A_r(Al)/M_r(Al₂O₃))•100%=(2•27:102)•100%=52,9%
3. Вычисляем теоретически возможную массу алюминия в оксиде алюминия массой 816 кг:
m_теор.(Al)=m(Al₂O₃)•ω(Al):100%=816 кг • 52,9%:100%=432 кг
4. Вычисляем массовую долю выхода алюминия:
ω(Al)=100%-ω(потери)=100%-6%=94%
5. Вычисляем массу практического выхода алюминия:
m_практ.(Al)=m_теор.(Al)•ω(Al)=432 кг • 94%:100%=406 кг
2-й способ
1. Вычисляем массу оксида алюминия в образце боксита:
m(Al₂O₃)=(m(боксита)•ω(Al₂O₃)):100%=1000 кг•81,6%:100%=816 кг
2. Вычисляем массовую долю алюминия в оксиде алюминия:
A_r(Al)=27, M_r(Al₂O₃)=102
ω(Al)=(2•A_r(Al)/M_r(Al₂O₃))•100%=(2•27:102)•100%=52,9%
3. Вычисляем теоретически возможную массу алюминия в оксиде алюминия массой 816 кг:
m_теор.(Al)=m(Al₂O₃)•ω(Al):100%=816 кг • 52,9%:100%=432 кг
4. Вычисляем массу потери алюминия:
m(потери)=m_теор.(Al)•ω(потери)=432 кг • 6%:100%=26 кг
5. Вычисляем массу практического выхода алюминия:
m_практ.(Al)=m_теор.(Al)-m(потери)=432 кг - 26 кг=406 кг
Ответ: 406 кг