Bài 27: Lí thuyết và giải bài tập về nhôm và hợp chất của nhôm

I.TÓM TẮT LÍ THUYẾT

1. NHÔM

1.1. Vị trí trong bảng tuần hoàn, cấu hình electron nguyên tử

Cấu hình electron: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p¹. ⇒ Al: thuộc nhóm IIIA, chu kỳ 3.
Nhôm dể nhường 3 e hoá trị, nên có số oxi hoá +3.

1.2. Tính chất vật lí của Nhôm

Là kim loại nhẹ ,màu trắng bạc, nóng chảy ở nhiệt độ không cao lắm.
Rất dẻo, có thể dát được lá nhôm mõng 0,01 mm dùng để gói thực phẩm.
Có cấu tạo mạng lập phương tâm diện ,có mật độ electron tự do tượng đối lớn. Do vậy nhôm có khả năng dẩn điện và nhiệt tốt.

1.3. Tính chất hóa học của Nhôm

Nhôm là kim loại có tính khử mạnh, nên nó bị oxi hoá dể dàng thành ion nhôm Al³⁺ . Ta có: Al → Al³⁺ + 3e

a. Tác dụng với Halogen

Thí nghiệm Nhôm tác dụng với khí Clo: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ .

b. Tác dụng với oxi

Thí nghiệm của Nhôm và Oxi: 4Al + 3 O₂ → 2Al₂O₃

c. Tác dụng với axit

Thí nghiệm Nhôm tác dụng với Axit HCl: 2Al + 6 HCl → 2AlCl₃ + 3 H₂

Thí nghiệm Nhôm phản ứng với axit HNO₃ và H₂SO₄ đặc, nóng: Al + 4HNO₃ loãng → Al(NO₃)₃ + 2H₂O + NO.
Chú ý: Nhôm bị thụ động trong HNO₃ và H₂SO₄ đặc nguội.

d. Tác dụng với oxit kim loại

Thí nghiệm của Nhôm vào Sắt (III) oxit: 2Al + Fe₂O₃ \(\overset{t^{0}}{\rightarrow}\) Al₂O₃ + 2Fe

e. Tác dụng với nước

Vật bằng nhôm không tác dụng với nước ở bất kỳ nhiệt độ nào vì trên bề mặt nhôm được phủ bởi một lớp Al₂O₃ rất bền. Nếu phá bỏ lớp bảo vệ này, thì nhôm tác dụng được với nước
Phản ứng: 2 Al + 6 H₂O → 2 Al(OH)₃ + 3 H₂
Al(OH)₃ là chất rắn, không tan trong nước là lớp bảo vệ không cho nhôm tiếp xúc với nước nên phản ứng nhanh chóng bị dừng lại.

f. Tác dụng với dung dịch kiềm

Al₂O₃ + 2 NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O

2Al + 6H₂O → 2Al(OH)₃ + 3H₂ (2)

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (3)

Phản ứng (2), (3) xảy ra xen kẽ nhau mãi cho đến khi nhôm bị tan hết .

2Al + 2NaOH + 2H₂O → NaAlO₂ + 3 H₂

1.4. Ứng dụng và trạng thái tự nhiên

a. Ứng dụng

Dùng chế tạo máy bay, ô tô, tên lửa …
Trang trí nội thất, xây dựng nhà cửa.
Dẫn điện, dẩn nhiệt tốt nên dùng làm dây cáp dẩn điện.

b. Trạng thái tự nhiên

Nhôm là kim loại hoạt động mạnh nên trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất như: đất sét, mica, criolit …

1.5. Sản xuất Nhôm

a. Nguyên liệu

Quặng boxit Al₂O₃ .2H₂O quặng thường lẫn tạp chất là Fe₂O₃ và SiO₂, nên ta phải làm sạch nguyên liệu

b. Nguyên tắc

Khử ion Al³⁺ thành Al.

b. Phương pháp

Vì sự khử ion Al³⁺ trong Al₂O₃ là rất khó khăn, không thể dùng các chất khử thông thường như CO, C, H₂ … mà ta phải dùng phương pháp điện phân nóng chảy với xúc tác là criolit (Na₃AlF₆ ) nhằm giảm nhiệt độ nóng chảy của Al₂O₃ (2050 ^oC → 900^oC ) để tiết kiệm năng lượng, và tạo được chất lỏng có tính dẫn điện tốt hơn.
Quá trình điện phân:
- Cực (-) : Al³⁺ + 3e → Al
- Cực ( +) :Xảy ra sự oxi hoá 2O^2- → O₂+ 4e

2. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM

2.1. Nhôm oxit Al₂O₃

a. Tính chất vật lí

Al₂O₃ là chất rắn, màu trắng, không tan trong nước và không tác dụng với nước, t⁰nc=2050⁰C.

b. Tính chất hóa học

Tính bền ⇒ Al₂O₃ khó bị khử à Al bằng C, H₂, CO.
Tính chất lưỡng tính:
- Al₂O₃+6HCl → 2AlCl₃ + 3 H₂O
- Al₂O₃+2NaOH → 2NaAlO₂+H₂O

c. Ứng dụng

Thường tồn tại dưới dạng ngậm nước và dạng khan:
- Dạng oxit ngậm nước là thành phần chủ yếu quặng boxit là nguyên liệu sản xuất nhôm.
- Dạng oxit khan có cấu tạo tinh thể giống đá quý: Tinh thể corindon trong suốt, không màu, rất rắn, chế tạo đá mài, giấy nhám…
Bột nhôm oxit xúc tác cho tổng hợp hữu cơ.

2.2. Nhôm hidroxit Al(OH)₃

a. Tính chất vật lí

Là chất kết tủa keo, màu trắng
Không tan trong nước, trong dd CO₂, NH₃ nhưng tan được trong môi trường H⁺ và OH^- mạnh.

b. Tính chất hóa học

Tính chất kém bền nhiệt: \(2Al(OH)_{3} \overset{t^{0}}{\rightarrow}Al_{2}O_{3} + 3H_{2}O\)
Tính chất lưỡng tính:
- Al(OH)₃+ 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O
- Al(OH)₃+NaOH → NaAlO₂+ 2H₂O

2.3. Nhôm Sunfat Al₂(SO₄)₃

Muối nhôm sunfat khan tan trong nước → tỏa nhiệt do bị hiđrat hóa.
Phèn chua: K₂SO₄.Al₂(SO₄)₃.24H₂O hay viết gọn: KAl(SO₄)₂.12H₂O.
Dùng trong ngành thuộc da, công nghiệp giấy, chất cầm màu trong ngành dệt vải, làm trong nước…
2AlCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O → 2Al(OH)₃ + 6NaCl + 3CO₂

2.4. Nhận biết ion Al³⁺ trong dung dịch

Cho từ từ dd NaOH dư vào dung dịch, nếu thấy có kết tủa keo xuất hiện rồi tan trong dd NaOH thì chứng tỏ có ion Al³⁺:
- Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃
- Al(OH)₃+OH^-dư → AlO₂^- + 2H₂O

II.GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. (Trang 128 SGK )

Viết phương trình hóa học của các phản ứng thực hiện dãy chuyển đổi sau:

Bài làm:

Al + 6HCl → AlCl₃ + 3H₂

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ + 3NaCl

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

2NaAlO₂ + CO₂ + 3H₂O → 2Al(OH)₃ + Na₂CO₃

Al(OH)₃ →(t^o) Al₂O₃ + H₂O

2Al₂O₃ →(đk: t^o, criolit) 4Al + 3O₂

Câu 2. (Trang 128 SGK )

Có 2 lọ không ghi nhãn đựng dung dịch AlCl₃ và dung dịch NaOH. Không dùng thêm chất nào khác, làm thế nào để nhận biết mỗi chất?

Bài làm:

Lấy ở mỗi lọ một ít làm mẫu thử cho vào 2 uống nghiệm rồi đánh số.

Lấy dung dịch ở ông thứ nhất nhỏ dần dần vào ống thứ hai nếu sau một lát thấy có kết tủa, kết tủa tăng dần thì ống thứ nhất đựng dung dịch AlCl₃ còn ống thứ hai đựng dung dịch NaOH.
Ngược lại, nếu thấy mới đầu kết tủa, sau đó kết tủa tan dần thì ống nghiệm thứ nhất đựng dung dịch NaOH, ống nghiệm thứ hai đựng dung dịch AlCl₃.

Câu 3. (Trang 128 SGK )

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Nhôm là 1 kim loại lưỡng tính.

B. Al(OH)₃ là một bazơ lưỡng tính.

C. Al₂O₃ là một oxit trung tính.

D. Al(OH)₃ là một hiđroxit lưỡng tính.

Bài làm:

Đáp án D

A. Sai, Nhôm là 1 kim loại lưỡng tính.

B. Sai, Al(OH)₃ là một bazơ lưỡng tính.

C. Sai, Al₂O₃ là một oxit trung tính.

D. Đúng, Al(OH)₃ là một hiđroxit lưỡng tính.

Câu 4. (Trang 128 SGK )

Trong những chất sau, chất nào không có tính lưỡng tính?

A. Al(OH)₃;

B. Al₂O₃;

C. ZnSO₄;

D. NaHCO₃.

Bài làm:

Đáp án C

Trong những chất trên, chất không có tính lưỡng tính là ZnSO₄.

Câu 5. (Trang 128 SGK )

Cho một lượng hỗn hợp Mg – Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 8,96 lít H₂. Mặt khác, cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 6,72 lít H₂. Các thể tích khí đều đo ở đktc.

Tính khối lượng của mỗi kim loại có trong lượng hỗn hợp đã dùng.

Bài làm:

Khi cho hỗn hợp Mg – Al tác dụng với NaOH chỉ có Al tác dụng:

PTHH: 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑

(mol) 0,2 ⟵ \[\frac{6,72}{22,4}\] = 0,3

Khi cho hỗn hợp Mg – Al tác dụng với HCl cả hai kim loại tác dụng: n_H2 = \[\frac{8,96}{22,4}\] = 0,4 (mol)

PTHH:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂ ↑

(mol) 0,2 → 0,3

Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂ ↑

(mol) 0,1 ⟵ 0,1

=> m_Mg = 21.0,1 = 2,4 (g);

m_Al = 27.0,2 = 5,4 (g).

Câu 6. (Trang 129 SGK )

Cho 100 ml dung dịch AlCl₃ 1M tác dụng với 200 ml dung dịch NaOH. Kết tủa tạo thành được làm khô và nung đến khối lượng không đổi cân nặng 2,55 gam. Tính nồng độ mol của dung dịch NaOH ban đầu.

Bài làm:

Ta có n_AlCl3 = 0,1.1 = 0,1 (mol); n_Al2O3 = \[\frac{2,55}{102}\] = 0,025 (mol)

Khi cho dung dịch AlCl₃ tác dụng với dung dịch NaOH. Các phản ứng có thể xảy ra:

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl (1)

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (2)

TH1: NaOH thiếu => chỉ xảy ra phản ứng (1)

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl

2Al(OH)₃ →(t^o) Al₂O₃ + 3H₂O

0,05 0,025

=>C_M (NaOH) = \[\frac{0,15}{0,2}\] = 0,75 (M).

TH2: NaOH dư một phần, xảy ra cả hai phản ứng (1) và (2)

AlCl₃ + 3NaOH → Al(OH)₃ ↓ + 3NaCl

0,1 0,3 0,1

Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O

0,05 0,05

2Al(OH)₃ →(t^o) Al₂O₃ + 3H₂O

0,05 0,025

=> n_NaOH = 0,3 + 0,05 = 0,35 (mol); C_M (NaOH) = \[\frac{0,35}{0,2}\] = 1,75 (M).

Câu 7. (Trang 129 SGK )

Có 4 mẫu kim loại là Na, Al, Ca, Fe. Chỉ dùng nước làm thuốc thử thì số kim loại có thể phân biệt được tối đa là bao nhiêu?

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Bài làm:

Đáp án D.

Cho từng mẫu kim loại tác dụng với nước

Mẫu kim loại nào phản ứng mạnh, giải phóng chất khí, dung dịch thu được trong suốt là Na.
Mẫu kim loại phản ứng mạnh, giải phóng chất khí, dung dịch thu được vẩn đục là Ca vì tạo ra Ca(OH)₂ ít tan.

Lấy dung dịch dung dịch NaOH vừa thu được cho tác dụng với 2 kim loại còn lại.