NHÔM VÀ HỢP CHẤT CỦA NHÔM
I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
A. NHÔM
I. Vị trí và cấu tạo
Al: 1s22s22p63s23p1
=> Số hiệu nguyên tử 13, thuộc nhóm IIIA, chu kì 3.
Trong hợp chất, Al có số OXH bền là +3
- Nhôm có cấu tạo mạng tinh thể lập phương tâm diện
II. Tính chất vật lý
- Màu trắng bạc, mềm, dễ kéo mỏng, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
III. Tính chất hóa học
1. Tác dụng với phi kim
4Al + 3O2 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] 2Al2O3
Nhôm bền trong không khí ở nhiệt độ thường do có màng oxit Al2O3 rất mỏng, mịn và bền chắc bảo vệ.
2. Tác dụng với axit
Al + dung dịch axit (HCl, H2SO4) → muối + H2
2Al + 6H+ → 2Al3+ + 3H2
Al + dung dịch axit (có tính OXH mạnh) → muối + sản phẩm khử + H2O
4Al + 4HNO3 loãng \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al(NO3)3 + NO + 2H2O
2Al + 6H2SO4 đặc \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
=> Al không tác dụng với H2SO4, HNO3 đặc nguội.
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.
2Al + Fe2O3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2O3 + 2Fe
4. Tác dụng với dung dịch kiềm
2Al + 2NaOH + 6H2O \[\to \] 2Na[Al(OH)4][Al(OH)4](dd) + 3H2
IV. Ứng dụng và sản xuất
1. Ứng dụng
- Người ta dùng nhôm để chế tạo vỏ máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ do đặc tính nhẹ, bền với không khí và nước
- Làm dây dẫn điện cao áp, đồ nội thất, làm vật trao đổi nhiệt
- Chế tạo hỗn hợp tecmit (Al và Fe2O3) được dùng để hàn gắn đường ray.
2. Sản xuất
Điện phân nóng chảy Al2O3
2Al2O3 \[\xrightarrow{pnc}\] 4Al + 3O2
B. MỘT SỐ HỢP CHẤT QUAN TRỌNG CỦA NHÔM
I. Nhôm oxit
Tính chất vật lý : là chất rắn màu trắng, không tan trong nước nóng chảy ở 2050 độ C
Tính chất hóa học : Al2O3 là oxit lưỡng tính, tác dụng được với dung dịch axit và dung dịch kiềm :
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na(Al(OH)4)(Al(OH)4)
Ứng dụng :
- Tinh thể Al2O3 (corinđon) được dùng làm đồ trang sức, chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác, như chân kính đồng hồ, thiết bị phát tia lade,...
Bột Al2O3 có độ cứng cao được dùng làm vật liệu mài.
Boxit Al2O3.2H2O là nguyên liệu sản xuất nhôm kim loại.
II. Nhôm hidroxit
Tính chất vật lý : Là chất kết tủa keo, màu trắng, không tan trong nước, dễ bị nhiệt phân hủy
Tính chất hóa học :
+ Dễ bị nhiệt phân thành nhôm oxit :
2Al(OH)3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2O3 + 3H2O
+ Là hợp chất lưỡng tính, tan trong axit và bazo
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4][Al(OH)4]
Điều chế : Cho muối nhôm phản ứng với dung dịch NH3 hoặc muối Na2CO3 :
2AlCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Al(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2↑
III. Nhôm sunfat
* Al2(SO4)3: là chất bột màu trắng, bị phân hủy nhiệt trên 770oC
* Phèn chua : K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O hoặc : KAl(SO4)2.12H2O tồn tại ở dạng tinh thể có vị hơi chua và chát.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
DẠNG 1. \[O{{H}^{-}}\]TÁC DỤNG VỚI DUNG DỊCH MUỐI \[A{{l}^{3+}}\]
PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Khi cho OH- vào dung dịch muối Al3+, xảy ra các phản ứng:
\[A{{l}^{3+}}+3O{{H}^{-}}\to Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow \] (1)
\[Al{{\left( OH \right)}_{3}}+O{{H}^{-}}\to Al{{O}_{2}}^{-}+2{{H}_{2}}O\] (2)
1. Biết \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}\)và \({{n}_{O{{H}^{-}}^{{}}}}\), cần xác định lượng Al(OH)3
Đặt T = \(\frac{{{n}_{O{{H}^{-}}}}}{{{n}_{A{{l}^{3+}}}}}\)
- Nếu T ≤ 3, chỉ xảy ra phản ứng (1) → \({{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow }}=\frac{{{n}_{O{{H}^{-}}}}}{3}\).
- Nếu 3< T < 4, xảy ra phản ứng (1) và phản ứng (2) → \({{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow }}=4{{n}_{A{{l}^{3+}}}}-{{n}_{O{{H}^{-}}}}\).
- Nếu T > 4, xảy ra phản ứng (1) và phản ứng (2), NaOH dư → \({{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow }}=0\).
2. Biết \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}\) và \({{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}\), cần xác định lượng OH-
So sánh \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}\) và \({{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}\)
- Nếu \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}= {{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}\) chỉ xảy ra phản ứng (1) → \({{n}_{O{{H}^{-}}^{{}}}}\)= 3\({{n}_{A{{l}^{3+}}}}\)
- Nếu \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}> {{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}\) có hai trường hợp:
+ TH1: Chỉ xảy ra phản ứng (1) tức Al3+ dư → \[{{n}_{O{{H}^{-}}(\min )}}=3{{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}_{\downarrow }\]
+ TH2: Xảy ra hai phản ứng (1) và (2) → \[{{n}_{O{{H}^{-}}(m\text{ax)}}}=4{{n}_{A{{l}^{3+}}}}-{{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}_{\downarrow }\]
3. Biết \({{n}_{O{{H}^{-}}}}\) và \({{n}_{Al{{(OH)}_{3}}}}\), cần xác định lượng Al3+
So sánh \({{n}_{O{{H}^{-}}}}\) và \({{n}_{O{{H}^{-}}\,\,trong\,\,\,Al{{(OH)}_{3}}}}\)
- Nếu \({{n}_{O{{H}^{-}}}}={{n}_{O{{H}^{-}}\,\,trong\,\,\,Al{{(OH)}_{3}}}}\)chỉ xảy ra phản ứng (1) → \({{n}_{A{{l}^{3+}}}}={{n}_{Al{{(OH)}_{3}}\downarrow }}\)
- Nếu \({{n}_{O{{H}^{-}}}}>{{n}_{O{{H}^{-}}\,\,trong\,\,\,Al{{(OH)}_{3}}}}\) xảy ra hai phản ứng (1) và (2) →\[{{n}_{A{{l}^{3+}}}}=\frac{{{n}_{O{{H}^{-}}}}+{{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}}}_{\downarrow }}{4}\]
Ví dụ 1: Cho 200 ml dung dịch gồm KOH 1M và NaOH 0,75M vào 100 ml dung dịch AlCl3 1M. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là :
A. 7,80. B. 11,70. C. 3,90. D. 5,85.
Hướng dẫn giải:
\[{{\text{n}}_{\text{O}{{\text{H}}^{\text{-}}}}}\text{=0,2}\text{.1 + 0,2}\text{.0,75 = 0,35}\,\text{mol;}\,\,{{\text{n}}_{\text{A}{{\text{l}}^{\text{3+}}}}}\text{= 0,1}\,\text{.1 = 0,1}\,\,\text{mol}\text{.}\]
Do \(3<\frac{{{n}_{O{{H}^{-}}}}}{{{n}_{A{{l}^{3+}}}}}=\frac{0,35}{0,1}=3,5<4\)→ \({{n}_{Al{{\left( OH \right)}_{3}}\downarrow }}=4{{n}_{A{{l}^{3+}}}}-{{n}_{O{{H}^{-}}}}=4.0,1-0,35=0,05\,\,mol\)
\[\to {{\text{m}}_{\text{Al(OH}{{\text{)}}_{\text{3}}}}}\text{= 0,05}\,\text{.78 = 3,9}\,\text{gam}\text{.}\]
Đáp án C.
DẠNG 2. PHẢN ỨNG NHIỆT NHÔM
PHƯƠNG PHÁP GIẢI
Phản ứng nhiệt nhôm: Al + oxit kim loại \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] oxit nhôm + kim loại
(Hỗn hợp X) (Hỗn hợp Y)
- Sơ đồ hóa các phản ứng: tránh viết nhiều phương trình phản ứng dẫn đến mất nhiều thời gian.
- Suy luận theo dữ kiện: xác định các chất có mặt sau mỗi quá trình
- Nếu sau phản ứng thu được\[{{H}_{2}}\]→ Al dư
- Dựa vào các dữ kiện bài toán xét xem hỗn hợp sau phản ứng tác dụng với dung dịch \[NaOH\]hay dung dịch axit \[~~\]từ đó tính số mol chất dư (nếu có) và số mol các chất phản ứng.
- Vận dụng các phương pháp giải nhanh: bảo toàn nguyên tố, bảo toàn mol electron, bảo toàn khối lượng, …để giải bài tập.
Ví dụ 1: Nung hỗn hợp bột gồm 15,2 gam \[C{{r}_{2}}{{O}_{3}}\]và m gam Al ở nhiệt độ cao. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được 23,3 gam hỗn hợp rắn X. Cho toàn bộ hỗn hợp X phản ứng với axit HCl nóng (dư) thoát ra V lít khí \({{H}_{2}}\). (ở đktc). Giá trị của V là
A. 7,84. B. 4,48. C. 3,36. D. 10,08.
Hướng dẫn giải:
\(\begin{align} & C{{r}_{2}}{{O}_{3}}~+~2Al\xrightarrow{{{t}^{o}}}~~~2Cr~+~A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\,\,\,\,(1) \\ & 0,1\,\,\to \,\,\,0,2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,0,2\,\,\to 0,1\,\,\,\,\,\,\,(mol) \\ \end{align}\ \)
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m = 23,3 – 15,2 = 8,1 (gam)
\[\to \] \[{{n}_{Al}}\] = \[\frac{8,1}{27}\] = 0,3 (mol)
\[{{n}_{C{{r}_{2}}{{O}_{3}}}}\]= \[\frac{\text{15,2}}{\text{152}}\] = 0,1 (mol) \[\to \] \[{{n}_{Al}}\]dư = 0,3 – 0,2 = 0,1 (mol)
Do đó hỗn hợp chất rắn X gồm \[A{{l}_{2}}{{O}_{3}},\]Cr và Al dư
\(\begin{align} & 2Al~+~6HCl~\to 2AlC{{l}_{3}}+\text{ }3{{H}_{2}}~\,\,\,(2) \\ & 0,1\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,15\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(mol) \\ \end{align} \)
\(\begin{align} & Cr~+~2HCl~~\to CrC{{l}_{2}}~+~~{{H}_{2}}\,\,\,\,(3) \\ & 0,2\,\,\,\,\,\to \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,0,2\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,(mol) \\ \end{align}\uparrow \)
\[~A{{l}_{2}}{{O}_{3}}+\text{ }6HCl\to ~2AlC{{l}_{3}}+\text{ }3{{H}_{2}}O~\] (4)
Theo (2), (3): \[{{n}_{{{H}_{2}}\uparrow }}\]= 0,15 + 0,2 = 0,35 (mol) ; Vậy: V = 0,35.22,4 = 7,84 (lít).
Đáp án A.
III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 128 SGK Hoá học 12):
Viết phương trình hóa học của mỗi phản ứng thực hiện dãy chuyển đổi sau
\[Al\xrightarrow{(1)}AlCl3\xrightarrow{(2)}Al(OH)\xrightarrow{(3)}NaAlO2\xrightarrow{(4)}Al(OH)3\xrightarrow{(5)}Al2O3\xrightarrow{(6)}Al\]
Hướng dẫn giải:
(1) 2Al + 3Cl2 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] 2AlCl3
(2) AlCl3 + 3NaOH đủ → Al(OH)3↓ + 3NaCl
(3) Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
(4) NaAlO2 + CO2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaHCO3
(5) 2Al(OH)3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2O3 + 3H2O
(6) 2Al2O3 \[\xrightarrow{pnc}\] 4Al + 3O2↑
Bài 2 (trang 128 SGK Hoá học 12):
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?
Hướng dẫn giải:
- Lấy mỗi chất 1 ít cho ra các ống nghiệm khác nhau và đánh số thứ tự tương ứng.
- Lấy dung dịch ở lọ thứ nhất nhỏ dần dần vào lọ thứ hai nếu sau một lát thấy có kết tủa, kết tủa tăng dần thì lọ thứ nhất đựng dung dịch AlCl3 còn lọ thứ hai đựng dung dịch NaOH. Ngược lại, nếu thấy mới đầu kết tủa, sau đó kết tủa tan dần thì lọ thứ nhất đựng dung dịch NaOH, lọ thứ hai đựng dung dịch AlCl3.
AlCl3 + NaOH → Al(OH)3↓ + NaCl
Al(OH)3↓ + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
Bài 3 (trang 128 SGK Hoá học 12):
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.
Hướng dẫn giải:
A. Sai vì Al tác dụng với cả dung dịch axit và dung dịch bazơ nhưng không được gọi là kim loại lưỡng tính
B. Sai vì không có khái niệm bazơ lưỡng tính
C. Sai vì Al2O3 là một oxit lưỡng tính
D. Đúng
Bài 4 (trang 129 SGK Hoá học 12):
Trong những chất sau, chất nào không có tính lưỡng tính?
A. Al(OH)3; B. Al2O3;
C. ZnSO4; D. NaHCO3.
Hướng dẫn giải:
Al(OH)3; Al2O3; NaHCO3 đều là chất lưỡng tính vì chúng đều tác dụng với dung dịch axit và dung dịch bazơ.
Đáp án C.
Bài 5 (trang 129 SGK Hoá học 12):
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.
Hướng dẫn giải:
Gọi x và y lần lượt là số mol Mg và Al trong hỗn hợp
PTHH:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
x x (mol)
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
y \[\frac{3}{2}y\] (mol)
2Al + 2NaOH + 2H2O → 2NaAlO2 + 3H2
y \[\frac{3}{2}y\] (mol)
Số mol H2
\[{{n}_{H2(1,2)}}=\frac{8,96}{22,4}=0,4mol\]
\[{{n}_{{{H}_{2}}(3)}}=\frac{6,72}{22,4}=0,3mol\]
Theo bài ra ta có hệ phương trình:
\(\left\{ \begin{align} & x+\frac{3}{2}y=0,4 \\ & \frac{3}{2}y=0,3 \\ \end{align} \right. \) \(\Rightarrow \left\{ \begin{align} & x=0,1 \\ & y=0,2 \\ \end{align} \right. \)
→ \[{{m}_{Mg}}~=\text{ }24.0,1\text{ }=\text{ }2,4\text{ }gam\]
→ \[{{m}_{Al}}~=\text{ }27.0,2\text{ }=\text{ }5,4\text{ }gam\]
Bài 6 (trang 129 SGK Hoá học 12):
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.
Hướng dẫn giải:
nAlCl3 = 0,1.1 = 0,1 (mol); \[nA{{l}_{2}}{{O}_{3}}~=\frac{2,55}{102}=\text{ }0,025\text{ }\left( mol \right)\]
Có hai trường hợp:
TH1:NaOH thiếu.
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 ↓ + 3NaCl (1)
0,05.3 0,05 (mol)
2Al(OH)3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2O3 + 3H2O (2)
0,05 0,025 (mol)
=> \[{{C}_{M~(NaOH)}}~=~\frac{0,15}{0,2}~=\text{ }0,75\text{ }\left( M \right).\]
b) NaOH dư , nên hòa tan một phần lượng kết tủa
AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3 ↓ + 3NaCl (1)
0,1 0,3 0,1 (mol)
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O (2)
0,05 0,05 (mol)
2Al(OH)3 \[\xrightarrow{{{t}^{o}}}\] Al2O3 + 3H2O (3)
0,05 0,025 (mol)
=> nNaOH = 0,3 + 0,05 = 0,35 (mol); \[{{C}_{M~(NaOH)}}~=~\frac{0,35}{0,2}~=\text{ }1,75\text{ }\left( M \right).\]
Bài 7 (trang 129 SGK Hoá học 12):
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.
Hướng dẫn giải:
Chỉ dùng nước, có thể nhận biết được cả 4 kim loại.
Cho 4 kim loại vào nước:
-Kim loại phản ứng mạnh, giải phóng chất khí, dung dịch thu được trong suốt là Na.
2Na + 2H2O→ 2NaOH + H2↑
-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.
Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2
- Dùng dung dịch NaOH thu được cho tác dụng với 2 kim loại còn lại. Kim loại nào tan được và giải phóng ra khí là Al, kim loại không phản ứng là Fe.
Al + NaOH + H2O → NaAlO2 + 3/2H2↑
Bài 8 (trang 129 SGK Hoá học 12):
Điện phân Al2O3 nóng chảy với dòng điện cường độ 9,56A trong khoảng thời gian 3000 giây, thu được 2,16 gam Al. Hiệu suất của quá trình điện phân là.
A. 60%. B. 70%.
C. 80%. D. 90%.
Hướng dẫn giải:
Theo định luật Faraday khối lượng nhôm thu được là:
\[{{m}_{Al}}=\frac{AIt}{nF}=\frac{27.9,65.3000}{96500.3}=2,7(g)\]
Hiệu suất phản ứng là:
\[H=\frac{2,16}{2,7}.100%=80%\]
Hy vọng bài tập Hoá 12 nhôm và hợp chất của nhôm của ICAN soạn thảo giúp bạn học Hoá 12 tốt hơn. Chúc các bạn học tập vui.