Bài giảng 27 : Nhôm và hợp chất của nhôm.

[ong noi loc]

Al là một trong những kim loại có ứng dụng hàng đầu được sử dụng như một kim loại tốt và quí ngoài ra Al còn được sd để làm pháo bông , bài học sau sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về tính chất của nhôm để từ đỏ hiểu được vai trò của nó trong đời sống.

BẢI 27 : NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM.

Phần A(I). NHÔM
​

I- VỊ TRÍ VÀ CẤU TẠO

1. Vị trí của nhôm trong bảng tuần hoàn
Nhôm là nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử13 , thuộc nhóm IIIA , chu kì 3 . Trong nhóm, nhôm đứng dưới nguyên tố phi kim bo (B) . Trong chu kì, nhôm đứng sau nguyên tố kim loại magie (Mg) và trước nguyên tố phi kim silic (Si) .

2. Cấu tạo của nhôm

Cấu hình electron nguyên tử: Nhôm có bán kính nguyên tử(0,125nm) nhỏ hơn nguyên tử Mg (0,16nm) . Nguyên tử nhôm có 13e được phân bố như sau: 1s[SUP]2[/SUP]2s[SUP]2[/SUP]2p[SUP]6[/SUP]3s[SUP]2[/SUP]3p[SUP]1 [/SUP], trong đó có 3e hóa trị (3s[SUP]2[/SUP]3p[SUP]1[/SUP]) . Ion Al[SUP]3+ [/SUP]có cấu hình elcetron của nguyên tử khí hiếm Ne:
............Al -----------> Al[SUP]3+[/SUP] + 3e
[Ne]3s[SUP]2[/SUP]3p[SUP]1[/SUP][Ne]
Al là nguyên tố p. Năng lượng ion hóa: so sánh năng lượng ion hóa I3 với I2 của nguyên tử nhôm ta thấy I3 : I2 = 2744 : 1816 = 1,5:1
Như vậy, năng lượng ion hóa I3 chỉ lớn hơn năng lượng ion hóa I2 có 1,5 lần.
Do vậy khi cung cấp năng lượng cho nguyên tử Al sẽ có 3e tách ra khỏi nguyên tử.
Độ âm điện: Nguyên tử Al có giá trị âm điện là 1,61
Số oxi hóa: Trong hợp chất, nguyên tố Al có số oxi hóa bền là +3
Mạng tinh thể: Nhôm có cấu tạo kiểu mạng lập phương tâm diện.

II- TÍNH CHẤT VẬT LÍ

​

Nhôm là kim loại màu trắng bạc, mềm, dễ kéo sợi và dát mỏng. Có thẻ dát được lá nhôm mỏng0,01mm dùng để gói thực phẩm. Nhôm là kim loại nhẹ (2,7g/cm3), nóng chảy ở nhiệt độ 660[SUP]o[/SUP]C .Nhôm dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Độ dẫn nhiệt bằng 2/3 đồng nhưng lại nhẹ hơn đồng 3 lần. Độ dẫn điện của nhôm hơn sắt 3 lần.

III- TÍNH CHẤT HÓA HỌC

Nhôm có thế điện cực chuẩn nhỏ hơn so với nhiều kim loại khácE[SUB]0[/SUB]Al[SUP]3+[/SUP]/Al= −1,66V
Nguyên tử nhôm có năng lượng ion hóa thấp. Do vậy nhôm là kim loại có tính khử mạnh. Tuy nhiên tính khử của nhôm yếu hơn các kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ. Tính khử mạnh của nhôm được thể hiện qua những phản ứng hóa học sau:

1. Tác dụng với phi kim

Nhôm tác dụng trực tiếp và mạnh với nhiều phi kim như O[SUB]2[/SUB],Cl[SUB]2[/SUB],S,...
Thí dụ: Khi đốt nóng, bột nhôm cháy sáng trong không khí. Phản ứng tỏa nhiều nhiệt.

4Al + 3O[SUB]2 [/SUB]----------> 2Al2O3
​

Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al2O3 rất mỏng, mịn và bền chắc bảo vệ. Bột nhôm tự bốc cháy khi tiếp xúc với khí clo:

2Al + 3Cl[SUB]2 [/SUB] ------------> 2AlCl[SUB]3[/SUB]
​

​

2. Tác dụng với axit

Thế điện cực chuẩn của nhôm (E[SUB]0[/SUB]Al[SUP]3+[/SUP]/Al= −1,66V) nhỏ nên kim loại nhôm khử dễ dàng ion H[SUP]+ [/SUP]của dung dịch axit, như HCl và H2SO4 loãng, giải phóng H[SUB]2[/SUB]:

2Al + 6HCl ---------> 2AlCl[SUB]3[/SUB] + 3H2↑
2Al + 6H[SUP]+[/SUP] --------->2Al[SUP]3+[/SUP] + 3H2↑
​

Nhôm khử N+5 trong HNO3 ở dung dịch loãng hoặc đặc, nóng và S+6 trong H2SO4 ở dung dịch đặc, nóng xuống số oxi hóa thấp hơn:

Al + 4HNO3loãng -----------> Al(NO[SUB]3[/SUB])[SUB]3 [/SUB]+ NO + 2H2O
2Al + 6H2SO4đặc ------------>Al[SUB]2[/SUB](SO[SUB]4[/SUB])[SUB]3 [/SUB]+ 3SO2 + 6H2O
​

Nhôm không tác dụng với H2SO4 và HNO3 đặc, nguội. Những axit này đã oxi hóa bề mặt kim loại tạo thành một màng oxit có tính trơ, làm cho nhôm thụ động. Nhôm bị thụ động sẽ không tác dụng với các dung dịch HCl,H2SO4 loãng.

3. Tác dụng với oxit kim loại

Ở nhiệt độ cao, Al khử được nhiều oxit kim loại như Fe2O3,Cr2O3,... thành kim loại tự do.
Thí dụ:

2Al + Fe2O3 ----------> Al2O3 + 2Fe
​

Phản ứng của Al với oxit kim loại gọi là phản ứng nhiệt nhôm. Nhiệt lượng do phản ứng tỏa ra làm nóng chảy các kim loại.

​

4. Tác dụng với nước

Thế điện cực của hiđro ở pH=7(E[SUB]0 [/SUB]H[SUB]2[/SUB]O/H[SUB]2[/SUB]= −0,41V) cao hơn so với thế điện cực chuẩn của nhôm (E[SUB]0[/SUB]Al[SUP]3+[/SUP]/Al) nên nhôm có thể khử được nước, giải phóng khí hiđro:

2Al + 6H2O -------------> 2Al(OH)3↓ + 3H2↑
​

Phản ứng trên nhanh chóng dừng lại vì lớp Al(OH)3 không tan trong nước đã ngăn cản không cho nhôm tiếp xúc với nước.
Vì sao những vật bằng nhôm hằng ngày tiếp xúc với nước dù ở nhiệt độ nào cũng không xảy ra phản ứng ?
Đó là do trên bề mặt của vật được phủ kín bằng màng Al2O3 rất mỏng (không dày hơn 10−5mm) rất mịn và bền chắc đã không cho nước và khí thấm qua.

5. Tác dụng với dung dịch kiềm

Những đồ vật bằng nhôm bị hòa tan trong dung dịch kiềm như NaOH,Ca(OH)2,...Hiện tượng này được giải thích như sau:
Trước hết, màng bảo vệ là Al2O3 bị phá hủy trong dung dịch kiềm:

Al2O3 + 2NaOH + 3H2O ----------> 2Na[Al(OH)[SUB]4[/SUB]](1)
......................................................Natri aluminat​

Tiếp đến, kim loại nhôm khử H2O:

2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2↑ (2)
Các phản ứng (2) và (3) xảy ra luân phiên nhau cho đến khi nhôm bị tan hết. Hai phương trình hóa học của hai phản ứng trên có thể viết gộp vào một phương trình hóa học như sau:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)[SUB]4[/SUB]](dd) + 3H2↑
​

IV- ỨNG DỤNG VÀ SẢN XUẤT

1. Ứng dụng

Nhôm và hợp kim nhôm có đặc tính nhẹ, bền đối với không khí và nước, được dùng làm vật liệu chế tạo máy bay, ôtô, tên lửa, tàu vũ trụ.
Nhôm và hợp kim nhôm có màu trắng bạc, đẹp, được dùng làm khung cửa và vật trang trí nội thất.
Nhôm có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, được dùng làm dây cáp dẫn điện thay thế cho đồng là kim loại đắt tiền. Nhôm được dùng chế tạo các thiết bị trao đổi nhiệt, các dụng cụ đun nấu trong gia đình.
Bột nhôm dùng để chế tạo hỗn hợp tecmit (hỗn hợp bộtAlvà Fe2O3 ), được dùng để hàn gắn đường ray,...

2. Sản xuất

Trong công nghiệp, nhôm được sản xuất từ quặng boxit bằng phương pháp điện phân. Hai công đoạn chính của quá trình sản xuất là:
Công đoạn tinh chế quặng boxit: Ngoài thành phần chính làAl2O3.2H2O trong quặng boxit còn có tạp chất là SiO2 và Fe2O3 . Bằng phương pháp hóa học người ta loại bỏ các tạp chất để có Al2O3 nguyên chất.

Công đoạn điện phân Al2O3 nóng chảy: Al2O3 nóng chảy ở 2050[SUP]o[/SUP]C. Người ta trộn nó với criolit (Na[SUB]3[/SUB]AlF[SUB]6[/SUB]). Hỗn hợp này nóng chảy ở khoảng 900[SUP]o[/SUP]C. Việc làm này một mặt tiết kiệm năng lượng đồng thời tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn Al2O3 nóng chảy, mặt khác hỗn hợp chất điện li này có khối lượng riêng nhỏ hơn nhôm, nổi lên trên và ngăn cản Al nóng chảy không bị oxi hóa trong không khí.
Thùng điện phân có cực âm (catot) là tấm than chì ở đáy thùng. Cực dương (anot) là những khối than chì có thể chuyển động theo phương thẳng đứng.
Ở cực âm xảy ra sự khử ion Al[SUP]3+[/SUP] thành kim loại Al:

Al[SUP]3+ [/SUP]+3e ----------> Al
​

Ở cực dương xảy ra sự oxi hóa O[SUP]2− [/SUP]thành khí O[SUB]2[/SUB]:

2O[SUP]2- [/SUP]-----------> O[SUB]2[/SUB]+4e
​

Phương trình điện phân Al2O3 nóng chảy:

2Al2O3 --------đpnc----------> 4Al + 3O2↑
​

Khí oxi sinh ra ở cực dương đốt cháy dần dần than chì sinh ra CO2. Do vậy trong quá trình điện phân phải hạ thấp dần các cực dương vào thùng điện phân. Để có được 1kg nhôm cần khoảng: 2kg Al2O3 ; 0,5 kg C tiêu hao ở cực dương, 8−10kWh điện năng.

Bài tập :

1/ quặng boxit là nguyên liệu dùng để điều chế ?
a. Al
b. Al(OH)3
c. Al2O3
d. AlCl3.

2/Ở nhiệt độ cao Al là một kl hoạt động mạnh pư cháy với oxi có màu ?
a. xanh lơ
b. đỏ rực
c. vàng cam
d. trắng sáng.

3/ Đồ vật bằng Al thường rất bền là do ?
a. Nhôm lưỡng tính
b. Nhôm có lớp oxit bền bảo vệ.
c. Nhôm có độ âm điện thấp
d. Nhôm hoạt động kém ở nhiệt độ thường.

4/ Cho nhóm chất sau : NaOH , NaHCO3 , HCl ,S , Fe3O4 , CuO, AgNO3 số chất td được với Al là ?
a. 4
b. 5
c. 6
d. 7

5/ Cho 2,7g Al pư hoàn toàn với hỗn hợp 200ml gồm HCl 0,1M và H2OS4 xM khi pư hoàn toàn thu được khí x , cho x td với CuO pư hoàn toàn. Hỏi thu được được bao nhiêu g chất rắn ?
a. 9,6
b. 6,8
c. 4,8
d. 6,4

Đáp án :

Spoiler

1. a
2.d
3.b
4.c
5.a

​

xem bài tiếp theo : https://diendankienthuc.net/diendan...cac-hop-chat-cua-nhom-phan-ii.html#post202819