Bài 27: Nhôm và hợp chất của nhôm

BÀI 27. NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM

A. NHÔM. ( TIẾT 47 )

I.VỊ TRÍ TRONG BẢNG TUẦN HOÀN, CẤU HÌNH ELECTRON NGUYÊN TỬ:

Ø    Ký hiệu nguyên tử:

Ø   Nhôm ( Al) ở ô số 13, thuộc nhóm IIIA, chu kỳ 3 của bàng tuần hoàn

Ø   Cấu hình electron nguyên tử: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹; viết gọn là [Ne]3s²3p¹ → nhôm dễ nhường 3e hóa trị nên có số oxi hóa +3 trong các hợp chất

Ø   Mạng tinh thể lập phương tâm diện

II. TÍNH CHẤT LÝ HỌC:

Ø   Màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng. Có thể dát lá nhôm mỏng 0,01mm dùng làm giấy gói kẹo, gói thuốc lá.

Ø   D=2,7g/cm³ → Al là kim loại nhẹ. Dẫn điện tốt ( gấp 3 lần sắt, bằng 2/3 đồng), dẫn nhiệt tốt.

III. HÓA TÍNH:

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh ( sau kim loại kiềm và kiềm thổ), nên dễ bị oxi hóa thành ion dương :         Al  →  Al³⁺  +   3e

1. Tác dụng với phi kim:

                                             4Al     +        3O₂      2Al₂O₃

Ở nhiệt độ thường , Al bền trong không khí do có màng oxit Al₂O₃  mỏng và bền che chở.

                        Al  +   Cl₂  →  AlCl₃    ;  Al    +   S    Al₂S₃

2. Tác dụng với axit:

a. Với axit HCl, H₂SO₄ loãng : Al khử H⁺ thành khí H₂ :

                                              Al   +   3H⁺ →  Al³⁺  +   3/2 H₂↑

      2Al  +    6HCl   →  2AlCl₃ + 3H₂ ;       2Al  +   3H₂SO₄  →  Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

b. Với HNO₃, H₂SO₄ đặc nóng:  Al khử N,  S xuống số oxi hóa thấp hơn.

           2Al + 6H₂SO₄ đặc, nóng → Al₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Chú ý: Với HNO₃ đặc nguội và H₂SO₄ đặc nguội, nhôm bị thụ động hóa do bề mặt nhôm tạo được màng oxit có tính trơ  do đó Al không tác dụng với HNO₃ và H₂SO₄  loãng được nữa

     Al +  Cr₂O₃  Al₂O₃ + 2Cr     ;  Al  +     Fe₃O₄  →    4Al₂O₃ + 9Fe

4. Tác dụng với nước:  Nếu phá bỏ lớp oxit trên bề mặt  (hoặc tạo thành hỗn hống Al – Hg ), Al sẽ tác dụng được với nước ở nhiệt độ thường.   2Al +  3H₂O  →  2Al(OH)₃ ↓ +   3H₂       (1)

Phản ứng (1) nhanh chóng dừng lại vì Al(OH)₃ không tan trong nước đã ngăn cản nhôm tiếp xúc với nước.

5. Tác dụng với dung dịch kiềm:  khi cho Al vào dung dịch kiềm, có các phản ứng sau đây:

a-  Al₂O₃  +  2NaOH  →   2Na AlO₂  + H₂O    (  Vì Al₂O₃ là oxit lưỡng tính ).

b- xảy ra pt phản ứng (1) :    2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ +3H₂↑  (1)

c- màng Al(OH)₃ bị phá hủy trong dung dịch kiềm:

           Al(OH)₃ + NaOH → 2NaAlO₂ (dd) + 3H₂↑ (2)

(1) và (2) luân phiên xảy ra cho đến khi hết Al. Tổng hợp (1) và (2):

          2Al +  2H₂O  +  2NaOH  → 2NaAlO₂  +  3H₂↑               (3)

IV. ỨNG DỤNG – TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN:

1. Ứng dụng:

Ø   Nhôm và hợp kim nhôm nhẹ, bền với không khí và H₂O, dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa.

Ø   Màu trắng bạc đẹp nên dùng làm vật liệu xây dựng, tang trí nội thất.

Ø   Nhẹ dẫn điện tốt, nên  được dùng làm dây dẫn điện, dẫn nhiệt  tốt  dùng làm dụng cụ nhà bếp.

Ø   Hỗn hợp bột nhôm và bột oxit sắt ( hỗn hợp tecmit ) dùng để hàn đường ray.

2. Trạng thái tự nhiên:  Nhôm tồn tại trong tự nhiên dưới dạng hợp chất:

* Đất sét:  Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O   *Mica:  K₂O.Al₂O₃.6H₂O.   

*Boxit:  Al₂O₃.2H₂O                  *Criolit; Na₃AlF₆

V. SẢN XUẤT NHÔM: 

a. Nguyên liệu : Quặng Boxit Al₂O₃.2H₂O    ( có lẫn SiO₂, Fe₂O₃. )

b. Quá trình sản xuất: gồm 2 công đoạn:

Ø   Tinh chế quặng boxit:

v  Nấu quặng với dung dịch NaOH đặc ở 180^oC, Al₂O₃ và SiO₂ tan, Fe­₂O₃ không tang, lọc bỏ Fe₂O₃ thu được dung dịch 2 muối :

                         Al₂O₃  +  2NaOH  → 2NaAlO₂ + H₂O

                          SiO₂   +  2 NaOH →  Na₂SiO₃  + H₂O.

v  Xử lý dung dịch bằng CO₂ thu được Al(OH)₃ không tan :

v  Lọc, rửa và nung kết tủa ở 900^oC thu Al₂O₃ : 2Al(OH)₃  →   Al₂O₃  +  3H₂O

Ø   Điện phân Al₂O₃ nóng chảy.:

Nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃ là 2050^oC  trộn Al₂O₃ với criolit tạo ra hỗn hợp nóng chảy ở 900^oC.

Ưu điểm:  * tiết kiệm năng lượng     * tạo chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al₂O₃ nóng chảy .    *hỗn hợp chất điện li có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên, bảo vệ Al nóng chảy không bị oxi hóa bởi không khí.

Quá trình điện phân: Thùng điện phân có: 

* Catod (−): than chì. Xảy ra quá trình khử Al³⁺ thành Al :   Al³⁺  +  3e  →  Al

* Anod (+): than chì . Xảy ra quá trình oxi hóa O²⁻ thành O₂  :  2O²⁻  →  O₂ +  4e

Khí oxi sinh ra đốt cháy anod thành CO và CO₂

B. MÔT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM. ( TIẾT 48)

I. NHÔM OXIT  Al₂O₃ :

1. lí tính – trạng thái tự nhiên:

v   Rắn , màu trắng, không tan trong nước và không tác dụng với nước. nóng chảy ở nhiệt độ trên 2050^oC

v   Tồn tại dạng ngậm nước : Al₂O₃.2H₂O và dạng khan Al₂O₃.

2. Hóa tính :

v   Tính lưỡng tính:

v   Tính baz: tác dụng với axit:  Al₂O₃  + 6HCl  ® 2 AlCl₃ + 3 H₂O

v   Phương trình ion thu gọn:   Al₂O₃ + 6H⁺ ® 2Al³⁺ + 3 H₂O

v   Tính axit: tác dụng với kiềm:  Al₂O₃ + 2 NaOH ® 2NaAlO₂+ 3 H₂O

v   Phương trình ion thu gọn:  Al₂O₃ + 2OH^- ® 2 AlO₂^-+2H₂O

v   Tính bền : lực hút giữa Al³⁺ và  O²⁻ rất bền, nên nhiệt độ nóng chảy rất cao, khó bị khử.

      3. Ứng dụng:

Ø   Dạng ngậm nước : Boxit là nguyên liệu sản xuất nhôm.

Ø   Dạng khan: có cấu tạo tinh thể là đá quý:  Coridon trong suốt không màu , rất rắn dùng làm đá mài, giấy nhám…Bột oxit nhôm làm xúc tác cho tổng hợp hữu cơ.

Ø   Nếu Al₂O₃ có lẫn Cr³⁺ : hồng ngọc dùng làm đồ trang sức, chân kinh đồng hồ, kỹ thuật  laze.

Ø   Nếu Al₂O₃ có lẫn Fe²⁺, Fe³⁺, Ti⁴⁺ ta có  saphia dùng làm đồ trang sức.

II. NHÔM HIDROXIT:  Al(OH)₃

Ø   Chất rắn, màu trắng, kết tủa dạng keo, kém bền với nhiệt: 

        Al(OH)₃ →  Al₂O₃ + 3H₂O

Ø   Tính lưỡng tính:

a. tính baz:  tác dụng với axit mạnh:    Al(OH)₃ +    HCl →   AlCl₃  +  3H₂O

        Al(OH)₃ +     H⁺ →  Al(OH)₃  + 3H⁺ ® Al³⁺ + 3H₂O 

b. tính axit: tác dụng với baz mạnh:   Al(OH)₃  +  NaOH  →   NaAlO₂+ 2H₂O

        Al(OH)₃  +     OH⁻  →   Al(OH)_3­ + OH^- ® AlO₂^-+2H₂O

Ø   Điều chế: Al(OH)₃ :

a. muối Al³⁺ tác dụng với dd NH₃ hoặc dd NaOH vừa đủ:

     AlCl₃  +  NH₃   +  H₂O   →     Al(OH)₃          +          3NH₄Cl

b. muối AlO₂⁻  ( Aluminat ) tác dụng với dung dịch axit:

     NaAlO₂  +  CO₂  +  H₂O  →   Al(OH)₃ + NaHCO₃

     NaAlO₂  +  HCl ( vừa đủ) +    H₂O  →   Al(OH)₃ +   NaCl

III. NHÔM SUNFAT:           Al₂(SO₄)₃

- Có trong phèn chua:  K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O hay  Kal(SO₄)₂.12H₂O

- Phèn chua dùng trong ngành thuộc da , công nghiệp giấy, cầm màu, làm trong nước

IV. CÁCH NHẬN BIẾT ION Al³⁺ TRONG DUNG DỊCH:

      Thuốc thử: dung dịch kiềm mạnh lấy dư.

      Hiện tượng: có kết tủa keo trắng rồi tan trong kiềm mạnh dư.

                    Al³⁺  +  3OH⁻   →   Al(OH)₃

            Al(OH)₃  +  OH⁻ (dư)   →   AlO₂⁻  +   H₂O