Hóa học 12 Bài 27: Nhôm và hợp chất của Nhôm

a. 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.

b. 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.

c. 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

- Tác dụng với Halogen

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

-  Tác dụng với oxi

4Al  + 3O₂ → 2Al₂O₃   

- Tác dụng với axit

2Al   + 6 HCl → 2AlCl₃  + 3 H_{2 ​}

- 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.

-  Tác dụng với oxit kim loại

2Al  + Fe₂O₃ → Al₂O₃    +  2Fe 

-  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: 2Al  + 6H₂O  → 2Al(OH)₃   + 3H₂

​+ 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.

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

d. Ứng dụng và trạng thái tự nhiên

- 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.

-  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 …

e. Sản xuất Nhôm

- Nguyên liệu

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

-  Nguyên tắc

Khử  ion Al³⁺ thành Al.

- 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

a. Nhôm oxit Al₂O₃

- Tính chất vật lí

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

- 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

- 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.

b. Nhôm hidroxit Al(OH)₃

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.

Tính chất hóa học

- Tính chất kém bền nhiệt: 

Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

- Tính chất lưỡng tính:

Al(OH)₃+ 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O

Al(OH)₃+NaOH → NaAlO₂+ 2H₂O

c. 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

d. 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

Phương pháp

- Al, Al₂O₃, Al(OH)₃ ngoài tác dụng với axit còn có khả năng phản ứng với dung dịch kiềm.

- Khi cho muối Al³⁺ tác dụng với dung dịch kiềm, tùy theo tỉ lệ mol mà phản ứng xảy ra theo thứ tự:

Al³⁺ + 3OH^- → Al(OH)₃ (1)

Nếu OH^- dư tiếp tục xảy ra phản ứng:

Al(OH)₃ + OH^- → AlO₂^- + H₂O (2)

- Dung dịch muối có khả năng tác dụng với axit tạo kết tủa:

AlO₂^- + H⁺ + H₂O → Al(OH)₃

Các dạng bài thường gặp:

- Nếu tính được tỉ lệ = T

+ T ≤ 3 ⇒ Al³⁺ dư ⇒ chỉ xảy ra phản ứng (1) và tạo kết tủa

n_OH^- = 3n↓

+ T ≥ 4⇒ OH^- dư sau phản ứng (1) và đủ hoặc dư phản ứng (2) do đó kết tủa bị hòa tan hết, không tạo kết tủa

+ 3 < T < 4 ⇒ Xảy ra cả phản ứng (1) và (2): Kết tủa tạo ra ở phản ứng (1) và bị tan 1 phần ở phản ứng (2)

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓

- Nếu bài toán cho n↓ và n_Al³⁺

+ n↓ = n_Al³⁺ ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (1)

+ n↓ ≠ n_Al³⁺

TH1: Al³⁺ dư, chỉ xảy ra phản ứng (1) ⇒ n_OH^- = 3n↓

TH2: OH^- dư sau phản ứng (1) ⇒ xảy ra phản ứng (2) và kết tủa bị hòa ton 1 phần

- Khi cho từ từ OH^- vào dung dịch Al³⁺, dựa vào số liệu và hiện tượng để xét các trường hợp trên để giải toán

Chú ý:

+ Lượng OH^- lớn nhất khi OH^- dư và hòa tan kết tủa:

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓

+Lượng kết tủa lớn nhất khi kết tủa sinh ra chưa bị hòa tan:

n↓ = n_Al³⁺

+ Khi cho từ từ H⁺ ( hoặc sục khí CO₂) vào dung dịch chứa AlO₂^- ( hay Al(OH)₄^-) thì các phản ứng xảy ra theo thứ tự

AlO₂^- + H⁺ + H₂O → Al(OH)₃ (3)

Sau đó H⁺ dư xảy ra phản ứng:

Al(OH)₃ + 3H⁺ → Al³⁺ + 3H₂O (4)

Tùy vào tỉ lệ số mol của AlO₂^- và H⁺ mà có thể kết tủa lại hoặc tạo kết tủa và kết tủa tan

+ Nếu AlO₂^- dư ⇒ Chỉ xảy ra phản ứng (3)

n_H⁺ = n↓

+ Nếu H⁺ dư, tạo kết tủa rồi kết tủa lại tan một phần ⇒ Xảy ra cả phản ứng (3) và (4)

n_H⁺ = 4n_AlO2^- - 3n↓

Bài 1: được 7,8g kết tủa. Vậy giá trị của V là:

A. 0,3 và 0,6

B. 0,3 và 0,7

C. 0,4 và 0,8

D. 0,3 và 0,5

Hướng dẫn giải

n↓ = n_Al(OH)3 = 7,8/78 = 0,1 mol

n_Al³⁺ = 0,75.0,2 = 0,15 ≠ n↓

⇒ TH2: Al³⁺ dư ; n_OH^- = 3n↓ = 0,3⇒ n_Ba(OH)2 = 0,15⇒ V = 0,3

⇒ TH2: OH^- dư hòa tan một phần kết tủa

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ = 0,5 ⇒ n_Ba(OH)2 = 0,25 ⇒ V = 0,5

→ Đáp án D

Bài 2: Cho từ từ 0,7 mol NaOH vào dung dịch chứa 0,1 mol Al₂(SO₄)₃. Số mol kết tủa thu được là:

A. 0,2   

B. 0,15   

C. 0,1   

D. 0,05

Hướng dẫn giải

n_Al³⁺ = 0,2

n_OH^- : n_Al³⁺ = 0,7 : 0,2 = 3,5

⇒ Tạo kết tủa Al(OH)₃ và kết tủa tan một phần

n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ ⇒ n↓ = 4.0,2 – 0,7 = 0,1 mol

→ Đáp án C

Bài 3: Cho 200ml dung dịch AlCl3 1,5M tác dụng với V lít dung dịch NaOH 0,5M thì lượng kết tủa là 15,6g. Gía trị lớn nhất của V là:

A. 1,8   

B. 2.4   

C. 2   

D. 1,2

Hướng dẫn giải

n_Al³⁺ = 0,3 ≠ n↓ = 15,6:78 = 0,2

OH^- lớn nhất khi: n_OH^- = 4n_Al³⁺ - n↓ = 1 mol

⇒ V = 2 lít

→ Đáp án C

Bài 4: Cho 2,7g Al vào 200ml dung dịch NaOH 1,5M thu được dung dịch A. Thêm từ từ 100ml dung dịch HCl vào dung dịch A thu được 5,46g kết tủa. Nồng độ của HCl là:

A. 2,5 và 3,9

B. 2,7 và 3,6

C. 2,7 và 3,5

D. 2,7 và 3,9

Hướng dẫn giải

n_Al = 0,1; nNaOH = 0,3

Al + H₂O + NaOH → NaAlO₂ + 3/2H₂

⇒ nNaOH dư = 0,2 mol; n_AlO2^- = 0,1 mol

n_Al(OH)3 = 5,46 : 78 = 0,07 ≠ n_AlO2^-

⇒ TH1: H⁺ thiếu AlO₂^- vẫn còn dư

n_H⁺ = n_OH^-dư + n↓ = 0,2 + 0,07 = 0,27 ⇒ C_{M HCl} = 2,7M

⇒ TH2: tạo Al(OH)3 và bị hòa tan một phần bởi H⁺

n_H⁺ = n_OH^-dư + 4n_AlO2^- - 3n↓ = 0,2 + 4.0,1 – 3.0,07 = 0,39

C_{M HCl} = 3,9M

→ Đáp án D

Phương pháp

2yAl + 3M_xO_y → yAl₂O₃ + 3Xm

M là các kim loại có tính khử trung bình và yếu

Thường gặp: 2yAl + 3Fe_xO_y → yAl₂O₃ + 3xFe

Các trường hợp có thể xảy ra:

- Hiệu suất phản ứng H= 100% ( phản ứng xảy ra hoàn toàn) . Nếu cho sản phẩm tác dụng với dung dịch kiềm có H₂ thoát ra, thì sản phẩm có Al dư, Fe và Al₂O₃

- Nếu H < 100% ( phản ứng không hoàn toàn). Khi đó hỗn hợp sau phản ứng gồm: Al, Fe_xO_y, Al₂O₃, Fe.

Bài 1: Nung hỗn hợp gồm 10,8g Al và 16,0g Fe2O3 ( trong điều kiện không có không khí), sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được chất rắn Y. Khối lượng kim loại trong Y là:

A. 5,6g   

B. 22,4g   

C. 11,2g   

D. 16,6g

Hướng dẫn giải

n_Al = 0,4; n_Fe2O₃ = 0,1 mol

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

⇒ n_{Al dư} = 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

⇒n_Fe = 2 n_Fe2O₃ = 0,2

⇒m_kl = m_Al + m_Fe = 0,2.27 + 0,2.56 = 16,6g

→ Đáp án D

Bài 2: Đốt nóng một hỗn hợp gồm Al và Fe₂O₃ (trong điều kiện không có không khí). Nếu cho những chất sau phản ứng tác dụng với NaOH dư sẽ thu được 0,3mol H₂; còn nếu cho tác dụng với dung dịch HCl dư sẽ thu được 0,4 mol H₂. Vậy số mol Al trong hỗn hợp X là:

A. 0,3   

B. 0,4   

C. 0,25   

D. 0,6

Hướng dẫn giải

Cho hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với NaOH → H₂

⇒ Trong hỗn hợp có Al dư; n_Al = 2/3n_H2 = 0,2 mol

Cho tác dụng với HCl: n_H2 = 3/2 n_Al + n_Fe⇒ n_Fe = 0,1 mol

Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe

             0,1 ←              0,1 ( mol)

⇒ n_Al = 0,2 + 0,1 = 0,3 mol

→ Đáp án A

Câu 1: Cho hỗn hợp 2 kim loại Al và Cu vào dung dịch hỗn hợp 2 muối AgNO₃ và Ni(NO₃)₂. Kết thúc phản ứng được rắn X (tan một phần trong dung dịch HCl dư) và thu được dung dịch Y (phản ứng vừa đủ với dung dịch NaOH được tủa gồm 2 hydroxit kim loại). Chất rắn X gồm những chất nào?

Câu 2: Khi nhỏ từ từ dung dịch AlCl₃ cho tới dư vào dung dịch NaOH và lắc đều thì xảy ra hiện tượng gì?

Câu 3: Dùng 200 ml dung dịch NaOH 1M để hòa tan hết tối đa m gam Al₂O₃. Giá trị của m là?

Câu 4: Hoà tan hoàn toàn m gam bột Al vào 150 ml dung dịch HCl 2M thu được dung dịch X. Cho dung dịch X tác dụng với 320 ml dung dịch NaOH 1M thu được 4,68 gam kết tủa. Giá trị của m là?

Câu 5: Cho 12,6 gam hỗn hợp X gồm Al và Al₄C₃ vào dung dịch KOH dư, sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được a mol hỗn hợp khí Y và dung dịch Z. Sục khí CO₂ dư vào dung dịch Z thu được 31,2 gam kết tủa. Giá trị của a là?

Câu 1: Thực hiện các thí nghiệm sau:

(a) Cho từ từ khí CO₂ đến dư vào dung dịch Ca(OH)₂.

(b) Cho từ từ dung dịch NaOH đến dư vào dung dịch AlCl₃.

(c) Cho từ từ dung dịch NH₃ đến dư vào dung dịch AlCl₃.

(d) Cho từ từ dung dịch HCl đến dư vào dung dịch NaAlO₂.

(e) Cho từ từ khí CO₂ đến dư vào dung dịch NaAlO₂.

Số thí nghiệm có kết tủa trắng sau khi phản ứng kết thúc là

A. 3.

B. 2.

C. 4.

D. 1.

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

A. 1,25M.    

B. 1,50M.

C. 1,75M.    

D. 1,00M.

Câu 3: Cho các chất rắn đựng trong các lọ mất nhãn BaO, MgO, Al₂O₃. Chỉ dùng một hóa chất nào sau đây có thể nhận biết được 3 chất trên?

A. H₂O.    

B. HCl.

C. H₂SO₄.    

D. Fe(OH)₂.

Câu 4: Cho V lít dung dịch NaOH 0,4M tác dụng với dung dịch Al₂(SO₄)₃ có chứa 58,14g chất tan thu được 23,4g kết tủa. Giá trị lớn nhất của V là

A. 2,65 lít 

B. 2,24 lít

C. 1,12 lít

D. 3,2 lít

Câu 5: Cho 150 cm³ dung dịch NaOH 7M tác dụng với 100cm³ dung dịch Al₂(SO₄)₃ 1M. Nồng độ mol của NaOH trong dung dịch sau phản ứng là

A. 0,8M.    

B. 1,2M.

C. 1M.    

D. 0,75M.

Qua bài học này các em cần nắm được một số nội dung sau đây. Cùng với đó là những bài tập SGK giúp các em rèn kỹ năng giải bài tập.

• Xác định được vị trí của nhôm trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học.
• Biết được cấu tạo nguyên tử, tính chất vật lý cũng như tính chất hóa học và phương pháp của sản xuất nhôm.
• Tính chất cũng như ứng dụng của một số hợp chất quan trọng của nhôm như: Nhôm oxit, Nhôm hidroxit, Nhôm.