Алюминаты, ферриты, ферраты их 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:

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 = Na3[Al(OH)6] (гексагидроксоалюминат натрия).

При нагревании около 800 0С происходит обезвоживание тетрагидроксоалюмината натрия:

Na[Al(OH)4] = NaAlO2 + 2H2O.

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